Основы технологии переработки полимерных материалов и эластомеров. Практикум для СПО
.pdfСРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
__________________________________________________________________
Л.А. Лим, А.А. Хребтов
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЭЛАСТОМЕРОВ
ПРАКТИКУМ ДЛЯ СПО
2-е издание
Рекомендовано Учебно-методическим отделом СПО в качестве практикума для использования в учебном процессе
образовательными учреждениями среднего профессионального образования по укрупненной группе специальностей
и профессий «Химические технологии»
Москва |
Саратов |
Ай Пи Ар Медиа |
Профобразование |
2025 |
2025 |
УДК 691.175 ББК 35.71
Л58
Авторы:
Лим Л.А. — канд. хим. наук, доц. департамента нефтегазовых технологий и нефтехимии Политехнического института
Дальневосточного федерального университета; Хребтов А.А. — канд. хим. наук, ст. преподаватель департамента
нефтегазовых технологий и нефтехимии Политехнического института Дальневосточного федерального университета
Рецензенты:
Федоренко Е.В. — д-р хим. наук, ведущий науч. сотр. лаборатории светотрансформирующих материалов Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук; Малиновская С.А. — канд. хим. наук, доц.
кафедры нефтегазового дела, химии и экологии Дальневосточного государственного университета путей сообщения
Лим, Любовь Андреевна.
Л58 Основы технологии переработки полимерных материалов и эластомеров : практикум для СПО / Л.А. Лим, А.А. Хребтов. — 2-е изд. — Москва : Ай Пи Ар Медиа ; Саратов : Профобразование, 2025. — 80 с. — (Среднее профессиональное образование). — Текст : электронный.
ISBN 978-5-4497-4421-0 (Ай Пи Ар Медиа)
ISBN 978-5-4488-2555-2 (Профобразование)
В практикуме приводятся лабораторные работы по темам: молекулярно-массо- вое распределение полимеров, определение молекулярной массы, поликонденсация, радикальная полимеризация, полимераналогичные превращения, набухание полимеров, определение термостойкости полимерных материалов. Практикум содержит также краткую теорию и вопросы для самопроверки знаний.
Подготовлен в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования.
Практикум предназначен для студентов, обучающихся по укрупненной группе специальностей и профессий «Химические технологии», изучающих дисциплину «Основы технологии переработки полимерных материалов и эластомеров».
Учебное электронное издание
ISBN 978-5-4497-4421-0 (Ай Пи Ар Медиа) © Лим Л.А., Хребтов А.А., 2025 ISBN 978-5-4488-2555-2 (Профобразование) © Оригинал-макет, оформление.
ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2025 © ООО «Профобразование», 2025
Учебное издание
Лим Любовь Андреевна Хребтов Александр Андреевич
Редактор Е.О. Зуева Технический редактор, компьютерная верстка М.В. Половникова
Обложка Я.А. Кирсанов, С.С. Сизиумова, фотобанк Freepik
Подписано к использованию 20.05.2025. Объем данных 6 Мб.
ООО «Профобразование» 8-800-511-14-70 (бесплатный звонок по России)
E-mail: office@profspo.ru, sale@profobr.pro
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение ............................................................................... |
5 |
|
1. |
Молекулярно-массовое распределение полимеров...... |
6 |
2. |
Определение молекулярной массы .............................. |
16 |
3. |
Поликонденсация........................................................... |
25 |
4. |
Радикальная полимеризация......................................... |
31 |
5. |
Полимераналогичные превращения ............................ |
40 |
6. |
Набухание полимеров.................................................... |
54 |
7. |
Определение термостойкости |
|
полимерных материалов ................................................... |
73 |
|
4
ВВЕДЕНИЕ
Для успешного освоения практикума требуется наличие навыков работы в химической лаборатории и первоначальной подготовки по органическому синтезу.
Перед тем как приступить к работе студент должен получить допуск к работе, продемонстрировав знание общетеоретических положений рассматриваемого процесса или явления и последовательности действий. Одна лабораторная работа рассчитана на выполнение в течение 4 академических часов (непрерывно).
Результатом освоения дисциплины «Основы технологии переработки полимерных материалов и эластоме-
ров», являются следующие профессиональные компе-
тенции (ПК):
-ПК 2.1. Подготавливать исходное сырье и материалы к работе;
-ПК 2.2. Контролировать и регулировать параметры технологических процессов, в т.ч. с использованием про- граммно-аппаратных комплексов;
-ПК 2.3. Контролировать расход сырья, материалов, энергоресурсов, количества готовой продукции и отходов;
-ПК 2.4. Выполнять требования промышленной и экологической безопасности и охраны труда;
-ПК 2.5. Контролировать качество сырья, полуфабрикатов (полупродуктов) и готовой продукции;
-ПК 2.6. Анализировать причины брака, разрабатывать мероприятия по их предупреждению и ликвидации причин.
5
1. МОЛЕКУЛЯРНО-МАССОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Молекулярная масса — масса молекулы, выраженная в атомных единицах массы. Численно равна молярной массе, выраженной в г/моль. Однако следует четко представлять разницу между молярной массой и молекулярной массой, понимая, что они равны лишь численно и различаются по размерности.
Практически все полимеры за редким исключением содержат макромолекулы разной молекулярной массы. Это специфическое свойство полимеров называется полидисперсностью, а макромолекулы одного химического состава, но разной молекулярной массы называются полимергомологами. Основными молекулярно-массовыми характеристиками полидисперсных полимеров являются средние молекулярные массы (ММ), функции молекулярно-массового распределения (ММР) и кривые распределения, соответствующие этим функциям.
Для того, чтобы количественно охарактеризовать распределение полимера по ММ, необходимо рассчитать относительное количество фракций, содержащих макромолекулы одинаковой ММ. Это можно сделать двумя способами — исходя из числа или суммарной массы макромолекул. В первом случае находят числовую долю фракции:
q |
|
= |
ni |
, |
(1.1) |
|
n(i) |
∑ ni |
|||||
|
|
|
|
где ni — число макромолекул фракции i, имеющих ММ, равную Мi; Σni — общее число макромолекул в полимере.
6
Во втором случае находят массовую долю:
q |
|
= |
mi |
= |
ni ∙ Mi |
, |
(1.2) |
w(i) |
∑ mi |
|
|||||
|
|
|
∑ ni ∙ Mi |
|
|||
где mi — масса фракции; Σmi — общая масса полимера.
В случае числового распределения более существенен вклад фракций с меньшей ММ, в случае массового распределения — вклад фракций с большей ММ.
Средняя ММ полидисперсного полимера является средневзвешенной величиной, вклад в которую каждой из фракций определяется ее ММ и относительным количеством. Следовательно, для полидисперсного полимера характерны две средние ММ.
Среднечисловая ММ:
|
|
|
|
|
|
|
∑ ni ∙ Mi |
. |
|
|
||||||
|
|
M |
n = ∑ q |
n(i) |
∙ Mi = |
|
(1.3) |
|||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ ni |
|
|
|||||
Среднемассовая ММ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ q |
n(i) |
∙ M2 |
|
|
|||
|
Mw = ∑ q |
|
|
∙ Mi = |
|
|
i |
|
. |
(1.4) |
||||||
|
w(i) |
∑ qn(i) |
∙ Mi |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Для всех полидисперсных полимеров выполняется правило:
|
|
|
|
|
Mw > Mn. |
(1.5) |
|||
7
Существуют дискретные и непрерывные функции распределения. Дискретная дифференциальная числовая функция распределения выражает зависимость числовой доли макромолекул от их ММ. Дискретная дифференциальная массовая функция распределения выражает зависимость массовой доли макромолекул от ММ. Дискретные функции распределения обычно применяются при теоретических расчетах и выводах. При экспериментальном изучении ММР обычно имеют дело с непрерывными кривыми и функциями распределения.
Помимо дифференциальных, широко используются интегральные функции распределения. Дифференциальные непрерывные функции могут быть получены из интегральных путем дифференцирования, наоборот — путем интегрирования.
Графической формой аналитической функции распределения является кривая ММР полимеров. На рис. 1.1 приведены дифференциальные кривые ММР, отвечающие рассмотренным выше непрерывным функциям. Кривые дифференциального распределения могут иметь один максимум, соответствующее распределение называется унимодальным, два или более максимумов, что отвечает полимодальному распределению, могут не иметь максимумов. Площади фигур, ограниченные кривыми дифференциального распределения и отрезком оси абсцисс, равны 1 или 100 %, геометрический центр тяжести этих фигур (точки А, В) соответствует Мn или Mw. Интегральные кривые ММР имеют предельное значение ординаты, равной единице (рис. 1.2).
8
Рис. 1.1. Кривые числового (1)
и массового (2) молекулярно-массовых распределений одного образца полимера
Рис. 1.2. Кривые дифференциального (1)
и интегрального (2) молекулярно-массового распределения одного образца полимера
9
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ МОЛЕКУЛЯРНО-МАССОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ»
Цель работы
Провести анализ молекулярно-массового распределения полимеров.
Материалы и оборудование
Калькулятор, линейка, карандаш.
Ход работы
При проведении дробного осаждения макромолекул из растворов полимеров получены следующие данные
(табл. 1.1).
Необходимо рассчитать числовую (qn) и массовую (qw) доли каждой фракции по уравнениям (1.1) и (1.2), затем найти среднечисловую (Mn) и среднемассовую (Mw) ММ по уравнениям (1.3) и (1.4) и проверить выполнение неравенства (1.5).
После определения соответствующих ММ необходимо построить интегральные кривые числового и массового ММР. На оси абсцисс откладывается ММ, начиная с самой «легкой» фракции (с наименьшей ММ), на оси ординат — нарастающая числовая (Σqn) или массовая (Σqw) доля всех фракций от самой «легкой» до данной включительно. В результате для последней фракции доля будет равна 1 или 100 %.
10