2.5 Скорость полимеризации
Для систем с водорастворимым инициатором скорость полимеризации (W) пропорциональна концентрации эмульгатора в степени 0,5:
W = k2[M][I]0,5[Э]0,5,
где k2 – эффективная константа скорости реакции полимеризации, [M], [I] и [Э] концентрации мономера, инициатора и эмульгатора соответственно.
Для систем с нерастворимыми в воде инициаторами скорость полимеризации пропорциональна концентрации эмульгатора в первой степени:
W = k2[M][I]0,5[Э].
Таким образом, эмульгатор не только стабилизирует капли мономера и полимерно-мономерные частицы, но и играет большую роль в кинетике процесса полимеризации.
Лабораторная работа 1 Синтез изопрен-стирольного каучука методом эмульсионной полимеризации
Цель работы: ознакомление с технологией сополимеризации изопрена со стиролом в эмульсии с использованием окислительно-восстановительной системы инициирования – пероксид-железо-трилон-ронгалит.
Реактивы:
1) изопрен d=0,6849, Ткип=34 °С;
2) стирол d=0,906, Ткип,=145 °С;
3) вода;
4) парафинат калия;
5) лейканол;
6) хлорид калия КСl;
7) сульфат железа FeSO4 ∙7 H2O;
8)
ронгалит HOCH2OSONa;
9) трилон-Б - дигидрат динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты
(NaOС(О)CH2)2NCH2CH2N(CH2C(O)ONa)2∙2H2O;
10) гидропероксид изопропилбензола (ГПИПБ) С6H5C(CH3)2OOH, tкип.=50 °С/0,01 мм рт.ст. d=1,06;
11) «вистекс-растворитель», представляющий собой смесь толуола, изопропилового спирта и воды в соотношении 80:20:0,5 (по объему).
Посуда и оборудование:
ампулы стеклянные на 50 мл;
вискозиметр Уббелоде;
фильтр Шотта №2;
установка для перегонки изопрена и стирола.
Подготовка мономеров
Перед полимеризацией изопрен очищают от примесей и ингибитора перегонкой. Прибор для перегонки изопрена состоит из круглодонной колбы емкостью 250 мл, елочного дефлегматора, прямого холодильника с аллонжем и приемника. Колбу с изопреном, заполненную на 2/3 объема, присоединяют к прибору. В колбу помещают 3-5 кусочков пористого фарфора. Нагревают колбу на водяной бане с помощью горячей воды, температура в бане не должна быть выше 45 oC. Не допускается нагревание на электроплитках, в том числе и закрытых! Первая порция перегнанного изопрена сливается в слив органических отходов, для полимеризации отбирается фракция, кипящая при 34,5 ± 0,5 °С. Перегнанный изопрен хранится при охлаждении до использования, продолжительность хранения не более 6 часов. Перегонку ведут в вытяжном шкафу, в котором не допускается наличие включенных электроприборов и открытого огня.
Стирол перед перегонкой очищают от ингибитора полимеризации. Для этого его трехкратно промывают в делительной воронке 5%-ным раствором едкого натра, а затем водой до нейтральной реакции (по фенолфталеину). Отмытый стирол перегоняют при пониженном давлении.
Подготовка компонентов водной фазы
В состав водной фазы при эмульсионной полимеризации входят:
- поверхностно-активные вещества (парафинат калия, лейканол),
- буферные соли (хлорид калия),
- компоненты окислительно-восстановительной системы инициирования (сульфат железа, ронгалит, трилон Б).
Все эти реагенты удобнее дозировать в виде водных растворов, поэтому непосредственно перед полимеризацией в отдельных химических стаканчиках готовят растворы компонентов водной фазы эмульсионной полимеризации заданных концентраций в соответствии с таблицей 1.1.
Таблица 1.1