Отчет о выполнении работы

1. Мономер (название и структурная формула):

2. Инициатор (название и структурная формула):

3. Клеящая способность полученного полимера:

4. Растворимость полученного полимера в органических раство­рителях:

5. Способность полимера к пленкообразованию:

Контрольные вопросы и задания:

1. Расскажите порядок выполнения лабораторной работы.

2. Каково назначение каждого из компонентов, использованных для про­ведения реакции ?

3. Напишите структурные формулы веществ, используемых в лабораторной работе. Назовите их.

4. Каким видам испытаний подвергают полученный продукт ?

5. Как называется полученный полимер? Каковы его свойства ? Где он применяется ?

6. Какой процесс называют полимеризацией ?

7. Сколько стадий включает в себя процесс полимеризации ? Как они называются ?

8. Как влияет количество инициатора на скорость полимеризации и на величину молекулярной массы образующегося продукта ?

9. По радикальному или ионному типу протекают реакции синтеза полимера в выполненной вами лабораторной работе ?

10. Как называются соединения, образующиеся на первой, второй, третьей стадиях проведенной вами полимеризации ? Имеют ли они заряд ?

11. Сколько макромолекул образуется при каждом акте реакции рекомбинации, реакции диспропорционирования ? При какой из этих реакций образуются макромолекулы с двойной связью на конце цепи ?

12. Напишите уравнения реакций, описывающих (по стадиям) процесс син­теза полимера в лабораторной работе.

Лабораторная работа № 2

СИНТЕЗ ОДНОРОДНЫХ И СМЕШАННЫХ ПОЛИАМИДОВ

Цель работы: Ознакомление студентов с поликонденсационными методами синтеза высокомолекулярных соединений на примере получения однородных и смешанных полиамидов.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Поликонденсация

Общие положения. Поликонденсация - это процесс получения высокомолекулярных соединений из би- или полифункциональных веществ, при котором рост макромолекул происходит путем химического взаимодействия молекул мономеров друг с другом и с n-мерами, накапливающимися в ходе реакции, а также молекул n-меров между собой.

Таким образом, мономерами при поликонденсации являются соединения, имеющие по две или более функциональные группы, способные реагировать с себе подобными и (или) с другими функциональными группами. К таким группам относятся, например, аминная (- NH₂), карбоксильная (- COOH), гидроксильная, она же окси-группа (- OH), хлорангидридная (- COCl), изоцианатная (- N=C=O) и др.

При взаимодействии бифункциональных мономеров образуются высокомолекулярные соединения линейного строения. Для образования разветвленных и сшитых высокомолекулярных соединений необходимо, чтобы, во-первых, хотя бы один из мономеров был трех- или более функциональным и, во-вторых, бифункциональный мономер был взят в избытке.

Классификация реакций поликонденсации. Реакции поликонденсации классифицируют по различным признакам. Наиболее важными из них являются деление по числу видов мономеров, участвующих в реакции, и по механизму протекающих процессов.

По числу видов мономеров, участвующих в реакции, поликонденсацию делят на однородную поликонденсацию и сополиконденсацию (совместную поликонденсацию). В результате первой из них получают однородные полимеры, в результате второй – смешанные.

Однородной называют такую поликонденсацию, в которой принимает участие минимально возможное число видов мономеров, а сополиконденсацией – такую, в которой помимо минимально возможного числа видов мономеров принимает участие, по крайней мере, еще один его вид.

В качестве примеров однородной и смешанной поликонденсаций могут служить реакции получения полиамидов, приведенные ниже, в разделе «Получение полиамидов».

По механизму протекающих процессов поликонденсацию делят на обратимую поликонденсацию и необратимую поликонденсацию.

Обратимая поликонденсация – это поликонденсация, при которой на второй и третьей стадиях (стадии образования макромолекул и стадии прекращения образования макромолекул) протекают деструктивные и обменные реакции. Эти реакции протекают как под действием низкомолекулярных побочных продуктов, образующихся в ходе поликонденсации, так и под действием молекул мономеров и молекул образующихся n-меров.

Для обратимой поликонденсации характерны небольшая константа равновесия, малая скорость реакции и высокая энергия активации. Это обуславливает высокую температуру и большую продолжительность такой поликонденсации.

Необратимая поликонденсация - это необратимый процесс получения полимера, в котором отсутствуют деструктивные реакции, а в ряде случаев и обменные реакции. Такая поликонденсация характеризуется высокими значениями константы равновесия, очень высокой скоростью и небольшой энергией активации.

Стадии поликонденсации. Весь процесс поликонденсации делят на три стадии.

Первая стадия – это стадия образования (зарождения) реакционных центров, каковыми являются наиболее активные части молекул, непосредственно участвующие в химическом взаимодействии.

Как правило, реакционные центры входят в состав функциональных групп: в аминной и гидроксильной группах это атом водорода, в хлорангидридной группе – атом хлора, в изоцианатной группе – атом азота, в карбоксильной группе в одних реакциях – атом водорода, в других реакциях – атом кислорода. В связи с этим первая стадия поликонденсации протекает на химических предприятиях при производстве мономеров – би- или полифункциональных соединений.

Вторая стадия – это стадия образования макромолекул. Механизм этой стадии описан в определении поликонденсации: рост макромолекул происходит путем химического взаимодействия молекул мономеров друг с другом и с n-мерами, накапливающимися в ходе реакции, а также молекул n-меров между собой:

мономер + мономер  димер

мономер + димер  тример

димер + димер  тетрамер

мономер + тример  тетрамер

димер + тример  пентамер

и т.д.

Третья стадия носит название «стадия прекращения образования макромолекул».

Причины прекращения увеличения длины макромолекул можно разделить на физические и химические. К физическим причинам относятся выделение полимера из реакционной смеси (например, если образующийся полимер не растворяется в мономере или в использованном растворителе), увеличение вязкости смеси (а значит уменьшение подвижности макромолекул), изменение условий реакции (например, снижение температуры) и некоторые другие.

К химическим причинам относятся дезактивация мономера (функциональные группы мономеров по тем или иным причинам превращаются в такие группы, которые при данных условиях не могут вступать в реакцию поликонденсации), взаимодействие со специально введенными в реакционную смесь монофункциональными соедине­ниями (регуляторами длины цепи), избыток одного из мономеров (это приводит к тому, что образовавшиеся продукты имеют на своих кон­цах в основном одинаковые, не взаимодействующие между собой функциональные группы), установление термодинамического равно­весия между реакциями образования макромолекул и обменными и деструктивными реакциями (при обратимой поликонденсации) и др.

Технические способы проведения поликонденсации. В зависимости от химической природы мономеров, требований, предъ­являемых к готовому продукту, и некоторых других факторов поликонденсацию чаще всего осуществляют одним из следующих технических способов: в расплаве, в растворе и на границе раздела двух фаз. Каждый из этих способов имеет свои особенности и, следовательно, свои преимущества и недостатки.

Так, при поликонденсации в расплаве мономер (или смесь мономеров) выдерживают несколько часов при температуре, на 10-20ºC превышающей температуру плавления получающегося полимера. При этом во избежание протекания побочных и деструктивных реакций поликонденсацию сначала проводят в токе инертного газа, а затем, для удаления побочных продуктов поликонденсации, – под вакуумом. Такой способ проведения процесса позволяет получать чистые (без растворителя и поверхностно-активных веществ) полимеры. Однако для своего осуществления он требует использования термически стойких мономеров.

При поликонденсации в растворе мономер (или смесь мономеров) растворяют в растворителе и получившийся раствор перемешивают в течение нескольких часов при требуемой температуре. Используемый растворитель может растворять, либо не растворять образующийся полимер. Он может также выступать в качестве растворителя выделяющегося при поликонденсации побочного продукта. Из раствора полимер выделяют высушиванием или осаждением нерастворителем. Если полимер не растворяется в использованном растворителе, то его выделяют центрифугированием или фильтрованием.

К достоинствам поликонденсации в растворе можно отнести быстроту смешения мономеров, легкость подвода и отвода тепла, возможность получения ВМС из недостаточно термостойких веществ.

Поликонденсацию на границе раздела двух фаз (межфазную поликонденсацию) чаще всего проводят на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей. Для ее проведения исходные реагенты растворяют раздельно в двух несмешивающихся жидких веществах, например, один – в воде, другой – в толуоле. При этом для реакций берут такие мономеры, которые способны при комнатной температуре реагировать друг с другом с очень высокой скоростью. Поэтому при контакте таких растворов на границе их раздела мгновенно образуется полимер.

Достоинства способа – это его удобство, быстрота и возможность получения продуктов из термически нестойких мономеров. Недостатки – необходимость очистки полимера от остатков растворителей и большие затраты на их регенерацию. Кроме того, мономеры для такого способа поликонденсации – это, как правило, дорогостоящие и токсичные вещества.

Можно отметить, что поликонденсация в расплаве и в растворе может быть как обратимой, так и необратимой. Поликонденсация же на границе раздела двух фаз всегда необратима.