Контрольные вопросы и упражнения

1. Какое применение находят растворы полимеров?

2. Приведите примеры растворителей для различных полимеров и укажите, от чего зависит растворимость полимеров.

3. Назовите и объясните стадии растворения полимеров.

4. Как зависит растворимость полимеров от их структуры?

5. Чем отличается истинный раствор от коллоидной системы? Почему растворы полимеров обладают свойствами коллоидов?

6. С чем связано отсутствие летучести у высокомолекулярных соединений и почему растворы их оказываются вязкими?

7. Почему полимеры с пространственной структурой оказываются неплавкими и нерастворимыми?

8. Приведите примеры растворов полимеров, применяемых в строительной промышленности.

9. В каких единицах принято обозначать концентрацию растворов высокомолекулярных соединений? Приведите примеры концентраций, которые используются для определения молекулярной массы полимеров.

10. Что такое пластификация? Какие вещества используют в качестве пластификаторов?

11. Назовите технологические процессы, проводимые с участием пластификаторов.

Химические превращения полимеров

Работа № 5. Реакции полимеров

Цель работы: познакомиться с химическими особенностями высокомолекулярных соединений; изучить типичные реакции полимеров и возможные пути их использования.

Реактивы: кусочки каучуков разных марок, бромная вода (Н₂О + Br₂), раствор перманганата калия KMnO₄, уксусный ангидрид (CH₃CO)₂O, уксусная кислота CH₃COOH, концентрированная серная кислота H₂SO₄, концентрированная азотная кислота HNO₃, соляная кислота 0,5 н. HCl, 30% -й этиловый спирт C₂H₅OH, спиртовый 30% -й поливинилацетат (ПВА), раствор едкого натра 0,5 н. NaOH, ацетон CH₃—CО—CH₃, эпоксидная смола, наполнитель (мел, алюминиевая пудра, краситель и др.), отвердитель (диамины, их производные, ангидриды ди- и поликарбоновых кислот, фенолоформальдегидные олигомеры), образцы поливинилхлорида (непластифицированного, пластифицированного и стабилизированного различными типами стабилизаторов), универсальный индикатор, фенолфталеин.

Оборудование: трехгорловая колба емкостью 250 мл, пробирки с пробками, вата или фильтровальная бумага, водяная баня, стеклянная палочка, стакан, обратный холодильник, хлоркальциевая трубка, бюретки для титрования, мешалка с герметичным затвором, капельная воронка, воронка Бюхнера, насос Камовского, вакуумный сушильный шкаф, пластинки, (стекла, металла, дерева, картона, пластмассы), пресс, песчаная баня, снабженная штативом с лапками для крепления пробирок и контактным термометром, весы.

Экспериментальная часть Полимераналогичные превращения или реакции звеньев цепи

Опыт 5.1. Свойства каучуков

Нарезанные кусочки каучуков разных марок поместите в пробирки и залейте одни бромной водой, другие раствором перманганата калия. Пробирки закройте пробками и в течение получаса энергично встряхивайте их.

Отметьте происходящие изменения.

Напишите уравнения происходящих реакций.

··· - СН₂— СН =С — СН₂— ··· + Вг₂ →

|

X

··· - СН₂— СН =С — СН₂— ··· + КМnО₄ + Н₂O →

|

У

• Определите тип реакций, укажите возможные направления их ис­пользования и значения в определении строения полимеров и устойчивости изделий на их основе.

Опыт 5.2. Химические реакции целлюлозы

А. Ацилирование целлюлозы. Смочите 0,5 г ваты или фильтровальной бумаги и оставьте на 3 - 5 минут. В конической колбе смешайте 7 мл уксусного ангидрида, 7 мл ледяной уксусной кислоты и 5 капель концентрированной серной кислоты. В эту смесь внесите кусочек предварительно смоченной водой, отжатой и расщипанной ваты. Поместите колбу в горячую воду и, помешивая палочкой, добейтесь полного растворения целлюлозы.

Напишите уравнение реакции ацилирования целлюлозы, считая, что все гидроксильные группы вступили в реакцию:

[- С₆Н₇О₂(ОН)₃-]n +3nСН₃СООН →

Однородную жидкость вылейте тонкой струей при помешивании в стакан с холодной водой. Выпадают хлопья триацетата целлюлозы.

Б. Нитрование целлюлозы. В колбу на 100 мл налейте 4 мл концентрированной азотной кислоты и осторожно при взбалтывании добавьте 8 мл концентрированной серной кислоты. Слегка охладив разогревшуюся смесь кислот, погрузите в нее небольшой комок ваты. Осторожно помешивая, содержимое колбы нагрейте на водяной бане при 60 - 70 °С. Через 5 минут выньте вату палочкой и хорошо промойте в сосуде с водой (сменяя воду несколько раз). Промытую вату хорошо отожмите сначала в руке, а затем в фильтровальной бумаге, просушите в чашке на кипящей водяной бане. Полученный желтый, сухой, волокнистый нитрат целлюлозы - коллоксилин разделите на две части:

1) один кусочек коллоксилиновой ваты при помощи тигельных щипцов внесите в пламя горелки. Вата сильно вспыхивает;

2) к другому кусочку коллоксилиновой ваты в сухой пробирке добавьте 2 мл смеси спирта и эфира (1:3). Коллоксилин постепенно набухает, и образуется коллоидный раствор - коллодий. Вылитый на стеклянную пластинку коллодий после испарения растворителя образует пленку. Пленка коллоксилина, внесенная в пламя, сгорает медленно.

Для сравнения проведите опыты 1) и 2) с кусочками не обработанной смесью кислот ваты.

• Напишите уравнения реакций ступенчатого нитрования целлюлозы и назовите образующиеся продукты.

• Укажите тип реакций и их практическое использование.

Опыт 5.3. Получение поливинилового спирта щелочным гидролизом ПВА

В трехгорлую колбу емкостью 250 (500) см³, снабженную обратным холодильником, мешалкой с герметичным затвором и капельной воронкой, залейте100 см³ спиртового раствора щелочи. В капельную воронку поместите 50 г спиртового раствора (30%-го) поливинилацетата (ПВА). Включите мешалку и при энергичном перемешивании при комнатной температуре добавляйте по каплям раствор поливинилацетата к раствору щелочи. Расход раствора поливинилацетата необходимо установить ~ 4-5 капель в минуту.

В результате омыления поливинилацетата из бесцветного раствора высаждается образующийся поливиниловый спирт. Продолжительность реакции – 2-3 ч. По окончании процесса алкоголиза осадок поливинилового спирта отфильтруйте на воронке Бюхнера, несколько раз промойте ацетоном до нейтральной реакции по индикатору и сушите в вакуум-сушильном шкафу при температуре 50-60 °С до постоянной массы. Высушенный поливиниловый спирт взвесьте и определите выход продукта.

Определение содержания остаточных негидролизованных ацетатных групп в поливиниловом спирте. Метод основан на дальнейшем, более глубоком омылении оставшихся ацетатных групп в полимере с последующим титрованием избытка щелочи соляной кислотой:

В круглодонную колбу емкостью 100 см³ поместите ~ 1-2 г поли­винилового спирта, измельченного, высушенного до постоянной массы и взвешенного с точностью до 0,0002 г. К навеске прилейте из бюретки 50 см³ 0,5 н. раствора гидроксида натрия. Колбу соедините с обратным холодильником, закрытым сверху пробкой с хлоркальциевой трубкой. Содержимое колбы нагревайте на кипящей водяной бане в течение 5-6 ч. По окончании указанного срока колбу охладите и содержимое колбы оттитруйте в присутствии фенолфталеина 0,5 н. раствором соляной кислоты до исчезновения розовой окраски. Анализ проведите в двух параллелях и по результатам анализа двух проб примите среднее значение объема кислоты, пошедшего на титрование. Параллельно проведите контрольный опыт.

Содержание ацетатных групп (в масс. %) в поливиниловом спирте найдите по формуле

x = (V₁ -V₂)∙С∙ 0,0295 ∙100/g,

где V₁ и V₂ – объем 0,5 н. раствора соляной кислоты, израсходованного на титрование соответственно контрольной и анализируемой проб, 3см;

С – концентрация раствора соляной кислоты; 0,0295 – количество ацетатных групп, соответствующее 1 см³ 0,5 н. раствора соляной кислоты, г; g – навеска анализируемого поливинилового спирта, г.

Содержание винилацетатных звеньев (в мас. %) рассчитайте по формуле

х₁ = (V₁ -V₂)С ∙0,043∙100 /g,

где 0,043 – количество винилацетатных звеньев, соответствующее 1 см³

0,5 н. раствора соляной кислоты.