Контрольная работа №2

Мономер А			Мономер В
Название	Структурная формула		Название	Структурная формула
1,5-пентандиол		Малоновая кислота

Задание 1

Написать реакцию поликонденсации мономера А с мономером В (мольное соотношение мономеров 1:1). Рассчитать содержание функциональных групп и молекулярной массы полимера в зависимости от степени поликонденсации (n = 5, 10, 100, 300, 500). Проанализировать результаты расчета.

Молекулярную среднечисловую массу полимера ( ) и содержание функциональных групп рассчитываем по формулам:

,

где - степень поликонденсации;

- молярная масса концевых групп или атомов, г/моль.

Содержание функциональных групп в %, рассчитываем по формуле:

,

где - молярная масса функциональной группы.

Результаты расчета сводим в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты расчета

Степень поликон-денсации,	Содержание концевых фукнци-ональных групп в полимере, мас. %		Молекулярная масса полимера,
	–СООН	–ОН
1 5 10 100 300 500	23,158 5,011 2,532 0,256 0,085 0,051	8,947 1,936 0,978 0,099 0,033 0,020	190 878 1738 17218 51618 86018

Из данных таблицы следует, что с повышением молекулярной массы полимергомологов приблизительно до 2000 наблюдается существенное снижение содержания функциональных групп. При переходе к полимерам ( > 10000) содержание концевых функциональных групп не превышает 0,5 %.

Задание 2

Описать технологические способы проведения реакции поликонденсации указанных в пункте 1 мономеров. Указать достоинства и недостатки каждого из способов.

Основными способами проведения равновесной поликонденсации являются: поликонденсация в твердой фазе, в расплаве и в растворе.

Поликонденсация в твердой фазе проводится при температурах на 5 – 10 º меньше, чем температуры плавления мономеров и полимера. Реакция носит автокаталитический характер, ее скорость увеличивается во времени. Скорость процесса зависит от величины кристаллов мономера и увеличивается с их ростом. Процесс имеет большое значение для мономеров, разлагающихся при плавлении.

Поликонденсация в расплаве является широко распространенным процессом. Этот способ проведения реакции применяют в тех случаях, когда один из мономеров представляет собой твердое вещество и не разлагается при плавлении. Температуры, при которых проводят поликонденсацию в расплаве, обычно достаточно высоки (180 – 300 °С), и поэтому реакцию необходимо проводить в инертной атмосфере (N₂, CO₂) во избежание возможного окисления, декарбоксилирования, деструкции и других побочных процессов. Поликонденсация протекает в течение длительного времени (несколько часов). В ряде случаев реакции проводят при пониженном давлении для облегчения удаления выделяющегося низкомолекулярного продукта, что особенно важно для получения высокомолекулярного соединения. Удаление побочного продукта значительно затрудняется на заключительных стадиях реакции, поскольку при этом существенно возрастает вязкость реакционных систем, как и при полимеризации в массе. При заданном температурном режиме проведения реакции образующийся полимер находится в расплаве, и его выгружают из реактора горячим, пока он не застыл, иначе его удаление будет весьма сложным. В большинстве случаев горячий расплав прямо из реактора подают в аппараты последующей переработки полимера методом экструзии, литья или прядения.

Достоинства способа: простота технологической схемы, высокое качество продукта, возможность применения мономеров с пониженной реакционной способностью. К недостаткам способа можно отнести: высокие параметры процесса (температура, давление, время), применение инертного газа, использование сложной вакуум-аппаратуры.

Поликонденсация в растворе - способ проведения процесса, при котором мономеры находятся в жидкой фазе в растворенном состоянии. Образующийся высокомолекулярный продукт может быть полностью или частично растворим, или нерастворим в реакционной среде. При поликонденсации в растворе исходные вещества берут в подходящем инертном растворителе. Реакцию можно проводить при невысоких температурах, при которых тепло- и массоперенос осуществлять проще, чем при поликонденсации в расплаве. Растворитель может служить также, как и улавливающий агент для выделяющегося низкомолекулярного вещества, что облегчает удаление последнего из реакционной массы. Однако присутствие растворителя снижает вероятность роста цепи, что уменьшает скорость реакции и молекулярные массы образующегося полимера.

Поликонденсация этим способом проводится при наличии температурно - неустойчивых мономеров. В результате синтеза полимер может находиться в виде раствора (если он растворим в растворителе) или в виде осадка (порошок, гранулы), если полимер нерастворим в растворителе. Достоинства метода: интенсивный теплообмен через растворитель исключает возможность локального перегрева, отсутствие сложной аппаратуры, низкие параметры процесса (температура, давление, время). Недостатки способа: большой расход растворителей, очистка полимера и растворителя.

Задание 3

Ответить на вопрос: Назовите особенности процесса равновесной поликонденсации.

К особенностям процесса равновесной полимеризации можно отнести:

1. Получение высокомолекулярных продуктов без вывода низкомолекулярных веществ возможно только, если константа равновесия значительно больше 10⁵. Однако даже в этом случае необходимо иметь эквимолекулярное соотношение реагентов в смеси. При небольших значениях константы равновесия необходимо тщательно удалять низкомолекулярные вещества из сферы реакции.

2. При проведении равновесной поликонденсации большую роль играет соотношение исходных компонентов. Для получения высокой молекулярной массы необходимо, чтобы функциональные группы обоих типов содержались в реакционной смеси в равных количествах, т.е. соотношение мономеров должно быть эквивалентным. Эквивалентность соотношения исходных веществ может нарушаться, если эти вещества обладают различной летучестью, и вследствие химического изменения функциональных групп в ходе реакции. Избыток одного из компонентов, если он не удаляется в ходе синтеза, приводит к понижению молекулярной массы образующегося полимера в степени, пропорциональной величине этого избытка.

3. Молекулярная масса полимеров, получаемых при поликонденсации, очень чувствительна к примесям монофункциональных соединений.

4. В отличие от реакций полимеризации, для поликонденсации характерно влияние глубины проведения процесса на молекулярную массу полимера. Так, на ранних стадиях поликонденсации происходит практическое исчерпывание мономеров, образование димеров, и далее более высокомолекулярных продуктов. Значительное возрастание молекулярной массы наблюдается при конверсии 95 % и выше.