Экспериментальная часть

Экспериментальная часть работы представлена в двух вариантах. Вариант для выполнения практической части работы определяется преподавателем.

Вариант № 1

Цель работы : исследовать кинетику набухания и зависимость скорости набухания от времени для различных образцов полимеров, определить степень набухания, константу скорости набухания и число набухания ВМС.

Приборы и реактивы:

1. Образцы полимеров (2 обр. размером не менее 1х1, массой 0,1 – 1 г);

2. Конические колбы или химические стаканы – 4 шт;

3. Стеклянная палочка;

4. Водные растворы солей моно- или поливалентных металлов или дистиллированная вода;

5. Органические растворители (толуол, бутанол);

6. Аналитические весы;

7. Фильтр Шотта.

Порядок выполнения работы:

1. Образец высушенного полимера (массой не менее 0,1–1 г) взвешивают на аналитических весах и помещают в колбу или химический стакан с заданной средой набухания.

2. Через равные промежутки времени, например 10 мин, набухший образец отфильтровывают через тонкую пористую сетку (или фильтр Шотта) и переносят в другой химический стакан и взвешивают на аналитических весах (стакан предварительно взвешивают). Результаты измерений записывают в табл. 1. Набухший гель снова помещают в тот же самый раствор на 10 мин. Эксперимент повторяют до тех пор, пока масса взвешенного набухшего полимера не перестанет изменяться.

Таблица 1

Опытные данные по кинетике набухания полимера

Условия набухания гидрогеля: температура °С,_____ ; среда набухания_______; масса сухого образца m₀__г; масса набухшего образца m_t ___ г; исходный объем раствора____ мл.

Время набухания, t, мин	Масса образца m, г	Степень набухания, α, г/г	Скорость набухания, dα/dt	ln[m1∞-m10], г/г
0	m1
10	m2	α1
20	m3	α2
30	m4	α3
40	m5	α4
∞	mmax	αmax

Константа скорости набухания K ………

Равновесная степень набухания α_макс ………. г/г.

По результатам опыта строят кривую набухания m¹_τ, τ, а также график ln(m¹_∞ - m¹_τ), τ для определения константы набухания К. Вычисляют число набухания.

Обработка результатов

1. По данным табл.1 строят график зависимости степени набухания от времени, где по оси ординат откладывают степень набухания α (г/г), по оси ординат – время в минутах.

2. На полученных кривых набухания α = f (t) проводят касательные для различных величин α. Находят тангенсы углов, составляемые касательными с осью абсцисс tg ϕ = dα/dt, рассчитывают скорости набухания полимеров.

3. Строят график зависимости ln [α_макс − α(t)] от t (мин) для данного растворителя и по тангенсу угла наклона определяют константу набухания.

По данным таблицы 1 строят график зависимости количества поглощенной жидкости от времени. Кинетика набухания описывается уравнением, подобным уравнению необратимой реакции первого порядка:

W=dV/dt =K(V_max - V_t); W=dm/dt =K(m_max - m_t) (6.8),

где W – скорость набухания, Vt - количество жидкости, поглощенной веществом к моменту времени t; V_max - максимальное количество жидкости, поглощенной веществом, K – константа скорости набухания.

Интегрируя данное уравнение (6.8), получаем:

- ln (Vmax – Vt) + ln (Vmax) = kt (6.9)

или –2.3*lg (Vmax – Vt) + 2.3*lg (Vmax) = kt (6.10)

Переносим 2.3*lg (Vmax) в правую часть и каждый член уравнения делим на -2.3. В результате получаем :

lg (Vmax – Vt) = -0.434*kt + lg Vmax (6.11)

Это уравнение прямой в координатах lg (Vmax–Vt) = a*t + b (рис. 2), где а = – 0.434*k и представляет собой тангенс угла α, образуемого прямой с осью абсцисс. Отсюда константа скорости набухания k равна:

k = - tg α/ 0.434 = tg β/ 0.434 (6.12)

Рис. 6.5. Графический способ определения констант скорости набухания.