Определение молекулярной массы полимера вискозиметрическим методом

Ведение: Полимеры, состоящие из большого числа линейных макромолекул, способных перемещаться относительно друг друга, растворяются в подходящих растворителях и переходят в вязко-текучее состояние. Свойства таких полимеров, обусловлены силами взаимодействия между макромолекулами (температура, течение). Механическая прочность, растворимость и др., зависят от величины молекулярной массы или степени полимеризации. Величина молекулярной массы имеет большое практическое значение и является одной из самых основных характеристик любого полимера.

Молекулярная масса линейных полимеров обычно лежит в интервале . Молекулярная масса образующихся молекул не может быть одинаковой, что обусловлено механизмами реакции полимеризации и поликонденсации.

Методы определения молекулярной массы основаны на изучении свойств разбавленных растворов полимеров. В лабораторной практике обычно применяют вискозиметрический метод и величину молекулярной массы вычисляют из найденного значения вязкости раствора.

Чаще всего встречаются три вида молекулярных масс:

- среднечисленная молекулярная масса;

- среднемассовая молекулярная масса;

- средняя молекулярная масса.

Для образца однородного по молекулярной массе:

Вискозиметрический метод.

В полимерной химии для определения молекулярной массы чаще всего применяют вискозиметрический метод, как самый простой и быстрый. Однако на основании данных по вязкости раствора полимера нельзя непосредственно вычислить молекулярную массу. Для этого необходимо применять эмпирические уравнения, например уравнение Куна-Марка-Хувинка:

Значения K и α зависят от температуры и системы полимер растворитель. Значение α колеблется в пределах 0,5-1,0, оно характеризует затруднения свободного вращения в цепи полимера. Константы K и α устанавливаются экспериментально при помощи абсолютных методов определения молекулярной массы. Для установления K и α лучше применять метод светорассеяния или седиментации в ультрацентрифуге.

где η – вязкость раствора, – вязкость растворителя.

Удельная вязкость – доля увеличения вязкости растворителя растворённым веществом.

Для определения вязкости обычно применяют растворы с концентрацией ниже 0,01 г/мл, чтобы значение находилось в пределах 1,05-2,5.

По данному рисунку определяют значение [η].

1. Трубка;

2. Баллон;

3. Капилляр;

4. Измерительный шарик;

5. Патрубок;

6. Трубка;

Цель работы: Определение молекулярной массы полимера вискозиметрическим методом.

Реактивы: Исследуемый полимер, толуол.

Приборы и посуда: Конические колбы с притертой пробкой на мл, вискозиметр Убеллоде, стеклянный термостат с дистиллированной водой, градуированные пипетки на 5 и 10 мл, секундомер.

Ход работы: Масса полученного полимера m_пр=0,975 гр.

В конической колбе растворяем 0,975 гр. полученного полистирола в 10 мл. толуола.

В вискозиметр, установленный в стеклянном термостате с дистиллированной водой, следует залить около 5 мл толуола, термостатировать в течение 10-15 минут при и измерить время истечения .

Заливаем в вискозиметр полученный раствор полимера, термостатируем в течение 5 минут. Измеряем время истечения три раза.

Концентрацию раствора полимера нужно менять непосредственно в вискозиметре последовательным добавлением 2, 3 и 5 мл. толуола. После каждого разбавления раствор следует перемешать продувкой через трубку 6 термостатировать и заем измерять соответствующее время истечения . Результаты измерений и расчетов записать в таблицу. На одном рисунку построить зависимости и . Экстраполяция полученных прямых к C=0 даёт искомую величину характеристической вязкости .

Объем р-ра, V, мл	Концентрация, С, г/мл	Время истечения р-ра, τi, c	ηотн
ТОЛУОЛ
РАСТВОР
10 мл	9,75		3,7	0,28	0,13
12 мл	8,13		3,1	0,26	0,14
15 мл	6,5		2,6	0,25	0,15
20 мл	4,9		2,08	0,22	0,15

Формулы для расчета:

;

;

Вывод:

Маленький вывод и степень превращения обуславливается условиями проведения анализа. Особенностью катионной полимеризации является низкая суммарная энергия активации (=65 кДж/моль)

En=Em+Ep-Eo

В связи с этим при понижении температуры скорость процесса уменьшается, а скорость реакции и степень превращения возрастает, возрастает и диэлектрическая проницаемость среды, в результате уменьшается влияние противоиона на процесс. Это приводит к повышению величины константы скорости роста цепи и большой молекулярной массе. Высокая молекулярная масса способствует узкому массовому распределению, что характеризует отличные физико-механические качества получившегося полимера. Поэтому в промышленности полимеризацию проводят при температуре около - . Заметное влияние на ипроцесс катионной полимеризации оказывают примеси в реакционной среде. При малых концентрациях примеси как правило, оказывают сокаталитическое действие- способствуют увеличению скорости процесса. Но при больших концентрациях они учавствуют в реакциях цепи, что дает обратный эффект.

Также, как следует из кинетического уравнения скорости реакции полимеризации:

Чем больше концентрация катализатора, тем ниже молекулярная масса мономера. А это способствует понижению физико-механических качеств полимера.

Изменение полярности среды влияет не только на скорость процесса, но и на порядок реакции и различии в механизме инициаторов. Поэтому возникновение активных центров напрямую связано с диэлектрической проницаемостью среды растворителя, который ответственен за концентрацию карбкатионов. Влияние активных центров катализатора на мономер способствует соединению молекул друг с другом в определенном порядке, что также влияет на физико- механические качества полимера. Поэтому так как не были соблюделены все условия полимеризации полисторола, то его выход, а также степень превращения оказались очень занижены, что конечно же повлияло на его физико- химические и механические качества.

Из выше сказанного и определения молекулярной массы полистирола, можно сделать вывод, что полимер имеет линейное строение, но маленькую молекулярную массу(24198,5моль), молекулярно-массовое распределение является менее узким, физико-механические свойства низкие, возможен эффект разветвления, а значит активность больше, стареет такой полимер быстрее, плотность и прочность занижены.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова"

Кафедра ФХП

Поиск по сайту: