ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО

УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА

ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ СЕРВИСА

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Методические указания по выполнению лабораторных занятий для студентов специальности 260204.65 Технология бродильных производств и виноделие

Уфа 2011

Составители: И.Т.Фархиева, И.Г.Савельева, Х.К.Гаделева

УДК 663.1

Высокомолекулярные соединения: Методические указания по выполнению лабораторных занятий для студентов специальности 260204.65 Технология бродильных производств и виноделие./Уфимск. гос. акад. экономики и сервиса;

Сост.: И.Т. Фархиева, И.Г.Савельева, Х.К.Гаделева, Уфа, 2011, 40 с.

Приведены теоретические и практические сведения о химическом строении полимеров, методах синтеза, определения структуры, строения полимеров; методах исследования химических и физико-механических свойств высокомолекулярных соединений.

Предназначены в качестве рекомендаций для студентов 3 курса Института техники и технологии сервиса УГАЭС при выполнении лабораторных работ.

Библиогр.: 7 назв.

Рецензент: Г.В.Маннанова

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Тема 1. Синтез полимеров

РАБОТА № 1. Полимеризация метилметакрилата в массе. Определение энергии активации

РАБОТА № 2. Получение фенолформальдегидных олигомеров новолачного и резольного типов

Тема 2. Растворы полимеров

РАБОТА № 3. Изучение кинетики набухания сшитых полимеров. Определение степени сшивания резин.

РАБОТА № 4. Определение изоэлектрической и изоионной точек полиамфолита

Тема 3. Молекулярно-массовые характеристики полимеров

РАБОТА № 5.Определение полидисперсности макромолекул полимера методом турбидиметрического титрования

РАБОТА № 6. Определение молекулярной массы полимера методом вискозиметрии

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания составлены в соответствии с учебным планом, рабочей программой и Государственным образовательным стандартом по специальности 260204 Технология бродильных производств и виноделие.

Цель практикума - углубить и закрепить теоретические знания студентов о химическом строении полимеров; методах синтеза, определения структуры, строения полимеров; методах исследования химических и физико-химических свойств высокомолекулярных соединений.

Лабораторные работы знакомят студентов с современными методами исследования и переработки полимеров; с полимерными материалами, используемыми в пищевой промышленности и контактирующими с пищевыми продуктами, что поможет развить у студентов навыки научно-исследовательской деятельности, умение методически правильно ставить эксперимент, анализировать и обобщать полученные данные, делать соответствующие выводы.

Отчет о выполненной работе должен содержать:

• наименование работы;

• краткое описание исследуемого объекта;

• краткое описание применяемых методов исследования;

• методику проведения эксперимента;

• схемы химических реакций, происходящих в процессе исследования;

• подробную запись экспериментальных данных;

• выводы.

Тема 1. Синтез полимеров

Теоретическая часть

1.1. Полимеризация

Полимеры представляют собой высокомолекулярные соединения, молеку­лы которых (макромолекулы) построены из большого числа соединенных друг с другом химическими связями одинаковых или разных молекулярных группиро­вок. Наличие двух типов связей - химических (прочные связи вдоль основной цепи) и физических придают полимерам специфические физико-механические свойства: высокую упругость, эластичность, способность к пленко- и волокно-образованию.

Полимеры получают по реакциям полимеризации и полконденсации. По­лимеризацией называется процесс образования полимеров путем последова­тельного соединения мономеров, содержащих реакционноспособные кратные связи или циклы. Процесс полимеризации может осуществляться по радикаль­ному и ионному механизмам.

Радикальная полимеризация

Радикальная полимеризация протекает по цепному механизму, при этом в результате каждого элементарного акта происходит образование нового радика­ла, к которому присоединяется новая нейтральная молекула, т.е. кинетическая цепь превращается в материальную. Основными стадиями радикальной полиме­ризации являются: инициирование, рост цепи, обрыв цепи и передача цепи.

Инициирование заключается в образовании в реакционной системе свобод­ных радикалов в результате воздействия тепла (термическое инициирование), света (фотоинициирование), ионизирующих излучений, а также химическими инициаторами (химическое инициирование). Чаще всего применяется химиче­ское инициирование - образование свободных радикалов в результате термиче­ского и фотохимического распада различных соединений, содержащих лабиль­ные связи, а также в результате окислительно-восстановительных реакций. Наи­более распространенными инициаторами являются пероксиды, гидропероксиды, азо- и диазосоединения, перэфиры, ацилпероксиды. Так, пероксид бензоила при нагревании распадается по схеме:

Выбор инициатора обычно обусловлен его растворимостью в мономере или растворителе и температурой распада. Энергия активации инициирования велика и составляет 110-165 кДж/моль.

Образующийся радикал присоединяется к двойной связи мономера и начи­нает реакционную цепь:

Рост цепи заключается в последовательном присоединении молекул мо­номера к образующемуся активному центру с передачей его на конец цепи. При этом развитие кинетической цепи сопровождается образованием материальной цепи:

Стадия роста цепи характеризуется малой энергией активации (20-40 кДж/моль) и большой скоростью реакции (к_р=10²-10⁴ л/моль*с).

Обрыв цепи происходит в результате гибели активных центров. Обычно это приводит в обрыву кинетической и материальной цепи. Обрыв цепи может наступить при любой длине растущего макрорадикала, что приводит к получе­нию макромолекул различной длины. Обрыв цепи может происходить в резуль­тате взаимодействия двух растущих макрорадикалов путем их рекомбинации (I) или диспропорционирования (II):

Возможен также обрыв при взаимодействии растущих макрорадикалов с низкомолекулярными веществами, присутствующими в системе (инициато­рами, ингибиторами и др.). Время жизни радикалов мало и составляет обычно доли секунды, но при снижении температуры или при увеличении вязкости системы оно возрастает в результате уменьшения подвижности макрорадикалов и снижения скорости обрыва цепи. Увеличение времени жизни ради­кала приводит к ускорению полимеризации по достижении определенной степе­ни конверсии (гель-эффект).

Передача цепи происходит путем отрыва растущим макрорадикалом атома или группы атомов от какой-либо молекулы (передатчика цепи). При этом рас­тущий радикал превращается в валентно-насыщенную молекулу, а возникаю­щий новый радикал развивает кинетическую цепь. Передатчиком цепи может служить молекула мономера:

молекула растворителя

специально вводимое вещество (регулятор):

При взаимодействии растущего макрорадикала с молекулой передатчика цепи прекращается рост материальной цепи, т.е. понижается молекулярная мас- са образующегося полимера, но кинетическая цепь при этом сохраняется. Суммарная энергия активации радикальной полимеризации обычно со­ставляет 80-90 кДж/моль.