Лабораторная работа 2 Катионная полимеризация октаметилциклотетрасилоксана

Цель работы: Исследование влияния природы и концентрации катализатора на молекулярную массу силоксановых каучуков.

Реактивы:

1) октаметилциклотетрасилоксан (Д₄) ММ=296, Т_кип.= 175 С, при 15-20 мм.рт.ст Т_кип.= 74 С, d=0,9575²⁰;

2) дистиллированная вода;

3) 50% водный раствор КОН;

4) концентрированная серная кислота (H₂SO₄) ММ=98,07 Т_кип.=279,6 С, Т_пл.=10,3С, ρ=1,8305²⁰ г/см³;

5) диоксид кремния (аэросил) ММ=60,08, ρ=2,651⁰ г/см³;

6) ортофосфорная кислота (Н₃РО₄) ММ=98,0 Т_кип.=158 С, Т_пл.=42,35 С, ρ=1,685 _(жидк.) г/см³;

7) толуол (С₆Н₅СН₃), ММ=92,14, Т_кип.=110 °С, d=0,86694²⁰;

Посуда и оборудование: 3-х горлая колба на 50 мл; стеклянная мешалка; термометр до 250 °С; электроплитка; обратный холодильник.

Выполнение работы

В трехгорлую колбу вносят 25 мл октаметилциклотетрасилоксана и включают мешалку. При энергичном перемешивании через боковое горло колбы пипеткой в реакционную смесь добавляют 1 % (мас.) концентрированной серной кислоты и проводят полимеризацию при 25 °С. Процесс проводят при перемешивании до превращения жидкости в густой полимер, наворачивающийся на мешалку. Обычно для этого достаточно 1,0-2,0 часа. После образования полимера мешалку останавливают, вводят пипеткой в колбу 1 мл дистиллированной воды и осторожно включают мешалку, регулируя скорость ее вращения таким образом, чтобы при разжижении полимера не произошло выбрасывания жидкости. Полимер быстро разжижается (резко падает молекулярная масса), а затем начинает густеть. После 20-ти минутного перемешивания он вновь превращается в густую массу (дозревает), наворачивающуюся на мешалку. Колбу отсоединяют от прибора и выливают полимер в химический стакан. Для этого колбу закрепляют в штативе вниз горлом над чашкой и полностью сливают в него полимер. В химическом стакане каучук оставляют на одну-две недели для дальнейшего дозревания. Затем полимер тщательно промывают водой до нейтральной реакции. О наступлении нейтрализации судят по неизменности цвета промывных вод после добавления в них спиртового раствора метилового оранжевого. Затем полимер высушивают в вакуумном сушильном шкафу при температуре 50 °С и определяется средневязкостная молекулярная масса полученного полимера.

Определение средневязкостной молекулярной массы получаемых полимеров

Средневязкостная молекулярная масса полимера М_η связана с характеристической вязкостью его раствора [η] уравнением Куна-Марка-Хаувинка:

,

где К и α-константы, характерные для данной пары полимер – растворитель. Для расчета молекулярной массы удобнее преобразовать уравнение:

Для того, чтобы найти характеристическую вязкость, необходимо определить вязкости чистого растворителя и разбавленных растворов полимера нескольких концентраций. Обычно нет необходимости определения абсолютных значений вязкости растворов, находят их относительные вязкости:

где τ_i и τ₀ – время истечения раствора и растворителя (в одинаковых условиях и в одном и том же приборе).

Определение приведенной вязкости растворов проводят в вискозиметре Уббелоде, поддерживая Т=20±0,1 °С при помощи термостата.

Таблица 2.1