1.4. Загальна характеристика методів вивчення кінетики полімеризації

Експериментальне вивчення кінетики радикальної полімеризації можна проводити різноманітними методами.

Найпростішим і найдоступнішим є дослідження кінетики при полімеризації мономера з різними концентраціями ініціатора в ампулах за сталої температури. Через певний проміжок часу (залежно від швидкості полімеризації) ампули розкривають, полімер осаджують, відділяють і сушать до постійної маси. При цьому неминучі помилки, пов’язані з втратами низькомолекулярних фракцій, які залишаються в розчині.

Більш точні результати забезпечує ліофільне сушіння. В цьому випадку суміш мономера з полімером заморожують і витримують за температури, близької до температури топлення. Потім піддають поступовому випаруванню в високому вакуумі. Випаровування з твердої фази приводить до виділення полімеру у вигляді рихлого проникного аерогелю.

Значно точніший дилатометричний метод, який заснований на зменшенні об’єму реакційної маси в процесі полімеризації. Перевага цього методу полягає в можливості використання невеликих кількостей досліджуваних мономерів і не потребує складного обладнання, а також дає можливість одержати кінетичні криві полімеризації за певної температури без виділення полімеру. До недоліків цього методу відноситься інерційність і неможливість дослідження швидкості реакції полімеризації через необхідність чіткого підтримування сталої температури.

Існує ряд інших методів для визначення виходу полімеру, зокрема: термометричний – вимірювання кількості тепла, що виділяється при полімеризації; хімічний – визначення конверсії (ступеня перетворення мономеру в полімер), яку контролюють визначенням кількості непрореагованих подвійних зв’язків йодометричним або бромометричним титруванням.

Крім цього, для визначення швидкості полімеризації можна також використовувати зміну під час перебігу реакції різних параметрів, зокрема, коефіцієнта заломлення рідини (рефрактометричний метод), в’язкості, діелектричної проникності, електропровідності та поглинання інфрачервоних променів (мікроскопічний метод).

В цих методичних вказівках розглядається дилатометричний методи вивчення кінетики радикальної полімеризації.

2. Експериментальна частина

МЕТА РОБОТИ: навчитися методам дослідження залежності швидкості радикальної полімеризації від різних чинників: природи мономера та ініціатора, їх концентрації і температури, а також вивчити кінетичні закономірності полімеризації стиролу залежно від природи та концентрації ініціатора і температури процесу, визначити формальне, кінетичне рівняння і енергію активації реакції полімеризації.

РЕАКТИВИ: стирол свіжоперегнаний; пероксид бензоїлу або лаурилу; бензол (толуол).

ОБЛАДНАННЯ: дилатометри місткістю 10 ÷ 15 мл (3 шт.); колби плоскодонні з пришліфованими корками місткістю 100 мл (3 шт.); скляні палички (3 шт.); лійки капілярні (3 шт.); термостат повітряний стаціонарний.

2.1. Опис методу

Даний метод базується на вимірюванні зменшення об’єму реакційної суміші при полімеризації мономера внаслідок збільшення густини реакційного середовища у міру перетворення мономера в полімер.

Реакцію проводять в дилатометрах різної конструкції. Найпростіший дилатометр є товстостінною термостійкою пробіркою зі шліфом (1) об’ємом 5  15 см³, в яку вставляють градуйовану капілярну трубку (2) (рис. 2). Перед проведенням експерименту дилатометри ретельно промивають і висушують.

a)	б)

Рис.2. Схема (а) і фотографія (б) лабораторного дилатометра: 1 − пробіркою зі шліфом; 2 − градуйована капілярна трубка

Конкретне завдання при виконанні роботи визначається викладачем і полягає у визначенні:

− порядку реакції за ініціатором;

− порядку реакції за мономером;

− впливу температури на швидкість реакції полімеризації;

− визначенні енергії активації реакції полімеризації.