Контрольные вопросы и упражнения

1. Выделите элементарное звено в макромолекулах: полипропилена, полихлорвинила, полибутадиенстирола, полиакрилонитрила; напишите уравнения реакций образования названных полимеров.

2. Напишите уравнение реакции образования полиэтилентерефталата (лавсана) и дайте полную классификацию этого полимера: по методу получения, по химическому составу, по строению, по физико-химическим свойствам.

3. Что следует понимать под функциональностью соединения и как она отражается на структуре образующегося полимера? Приведите примеры.

4. Что общего и в чем различия между понятиями: инициатор и катализатор? Каков механизм и условия протекания процессов, в которых они применяются?

5. Приведите уравнение реакции образования органического стекла (плексигласа), укажите метод и способ осуществления данного процесса. Назовите методы и способы получения других высокомолекулярных веществ.

6. Назовите по несколько представителей натуральных и синтетических полимеров. Чем они принципиально отличаются друг от друга и каковы причины этого?

7. Какова третья стадия процесса образования полимера, какие вещества используются для ее регуляции на практике и чем эти вещества отличаются друг от друга?

Физико-механические свойства полимеров

Работа № 2. Определение вязкости растворов и молекулярной

Массы полимеров

Цель работы: освоить методы определения вязкости растворов полимеров; познакомиться с вискозиметрическим методом определения молекулярной массы высокомолекулярных соединений.

Реактивы: ацетон, поливинилацетат, поливиниловый спирт, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), смолы.

Оборудование: вискозиметр Оствальда-Пинкевича, вискозиметры ВЗ-1 и ВЗ-4, термостат, термометр, секундомер, резиновая груша.

Экспериментальная часть

Опыт 2.1. Определение относительной вязкости растворов полимеров

Относительную вязкость растворов полимеров определяют по времени истечения раствора в вискозиметре Оствальда-Пинкевича (рис. 3), с диаметром капилляра 0,7 – 1,0 мм.

Рис. 3. Вискозиметр Оствальда-Пинкевича: 1 – узкое колено, 2 – широкое колено, 3 – отводная трубка, 4 – сосуды расширения, М1 – верхняя метка, М2 – нижняя метка

Сначала измеряют время истечения чистого растворителя (в нашем опыте это ацетон или вода). Для этого ~ 5 мл растворителя залейте в широкое колено вискозиметра, который затем погрузите в термостат с температурой 20 °С и выдержите в нем 10-15 мин.

Наберите с помощью груши растворитель выше верхней метки (М₁) над шариком узкого колена, быстро отсоедините грушу, и жидкость сейчас же начнет переливаться в широкое колено вискозиметра. Как только уровень жидкости опустится до верхней метки, включите секундомер и отметьте время, в течение которого объем растворителя опустится от верхней (М₁) до нижней метки (М₂), выключите секундомер и запишите результаты. Отсчет повторите 3-4 раза, после чего вычислите среднее время истечения растворителя (τ, с). Вискозиметр выньте из термостата, вылейте растворитель. После этого описанным способом определите время истечения растворов полимера (в нашем опыте это поливинилацетат, поливиниловый спирт или карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ)) заданной концентрации. После каждого определения вискозиметр нужно сейчас же вымыть растворителем и высушить.

Рассчитайте относительную, удельную, приведенную вязкость и мо­лекулярную массу полимера по формулам:

η_отн. = τ раствора /τ растворителя;

η_уд. = η_отн.- 1;

η_прив.= η_уд. /С;

М = 1/К_m·η_уд./С.

К = 2,6·10⁴ (для растворов поливинилацетата в ацетоне, поливинилового спирта в воде и КМЦ в растворе щелочи).

Все результаты запишите в табл. 1. Сравните результаты всех измерений и рассчитайте по ним среднее значение молекулярной массы полимера.

Таблица 1

Результаты определения вязкости растворов

и молекулярной массы полимера

Номер определения	Концентрация полимера, г/100 мл растворителя	ηотн.	ηуд.	ηуд. / С	М
1	0,0
2	0,1
3	0,2
4	0,3
5	0,4
6	0,5

Опыт 2.2. Определение молекулярной массы полимера

по характеристической вязкости

Для характеристики молекулярной массы используют условный по­казатель – относительный прирост вязкости растворителя при введении в него полимера. Этот показатель называют характеристической вязкостью и обозначают через [η]. Характеристическая вязкость связана с величиной молекулярной массы следующим уравнением:

[η]=К·М^α, (1)

где К и α – постоянные, определяемые экспериментально и зависящие от формы макромолекул (α_ПВС = 0,75: α_КФС = 0,5: α_КМЦ = 0,85).

Для определения характеристической вязкости воспользуйтесь данными предыдущего опыта (2.1).

Результаты испытаний сведите в табл. 2 и выразите концентрацию растворов полимера в основных молях (С'):

С'= С·10/m , (2)

где m – молярная масса элементарного звена полимера, г/моль;

С – концентрация раствора полимера, г/100 мл растворителя.

Таблица 2

Результаты определения характеристической вязкости растворов в зависимости от концентрации полимера

Номер определения	Концентрация		ηотн.	ηуд.	Приведенная вязкость, ηуд./С	Характеристическая вязкость, [η]
	%	основные моли
1	С1	С'1
2	С2	С'2
3	С3	С'3
4	С4	С'4

На основании полученных данных постройте кривую зависимости η_уд./С от С' (рис. 4), продолжите ее до пересечения с осью ординат и по полученному в точке пересечения значению [η] рассчитайте величину молекулярной массы по формуле

М = ([η]/К)^1⁄α. (3)

Рис. 4. Кривая зависимости η_уд./С от С'

Сравните результаты с предыдущим опытом.

Опыт 2.3. Определение показателя условной вязкости полимеров

Показателем условной вязкости называют время истечения опре­деленного объема смолы через калиброванное сопло стандартной воронки прибора. Именно показатель условной вязкости, как правило, используется в промышленных условиях для контроля технологий производства полимеров, так как он напрямую связан с молекулярной массой и структурой полимера. Для этой цели используют вискозиметры ВЗ-1 и ВЗ-4 (рис. 5), выпускаемые по ГОСТ 9070-75. Диаметр сопла вискозиметра ВЗ – 1 -5,4 мм; вискозиметра ВЗ – 4 - 4 мм.

Рис. 5. Вискозиметр ВЗ-4

Установите вискозиметр ВЗ-4 в горизонтальном положении, под сопло поставьте мерный сосуд (цилиндр, мензурку) емкостью 100 мл. Отверстие сопла закройте штоком. В вискозиметр с избытком налейте смолу так, чтобы образовался выпуклый мениск над верхним краем вискозиметра в горизонтальном направлении. Затем открывайте отверстие сопла и одновременно с появлением смолы из сопла включите секундомер. Когда вытекшая смола в мензурке достигнет точно уровня метки 100 мл, секундомер остановите и отсчитайте время истечения с погрешностью не более 0,2 с. Определение повторите несколько раз (до сходимости результатов).

За величину условной вязкости X (с), определенной по ВЗ-1 или ВЗ-4, принимают среднее арифметическое из трех параллельных определений и вычисляют по формуле

X = τ · К, (4)

где τ – среднее арифметическое значение времени истечения смолы, с;

К – поправочный коэффициент вискозиметра, указанный в паспорте прибора.

Выводы

1. Отметьте, что дает знание молекулярной массы полимера.

2. Назовите основные виды вязкости растворов полимеров, что они характеризуют и как зависят от молекулярной массы полимера.

3. Укажите наиболее точный метод определения молекулярной массы полимера.