Теоретические основы производства и переработки полимеров. Высокомолекулярные соединения. Практикум

4

5

6

ВВЕДЕНИЕ

Практикум предназначен для студентов химико-тех- нологических специальностей и направлений подготовки, специализирующихся в области технологии полимерных материалов, содержит краткую теорию, описание методики выполнения лабораторных работ, формы отчета и вопросы для самопроверки. Одна лабораторная работа рассчитана на выполнение в течение 4 академических часов (непрерывно).

Целью настоящего практикума является формирование у студентов, обучающихся по химико-технологическим специальностям и направлениям, знаний, умений и навыков, необходимых для изучения свойств полимерного материала, проведения процессов синтеза высокомолекулярных соединений.

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. Разделы книги, обозначенные как краткая теория, не содержат исчерпывающей информации, которая необходима для успешной сдачи допуска к работе. Ориентироваться нужно на вопросы для самопроверки и использовать список литературы.

7

1. МОЛЕКУЛЯРНО-МАССОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ

1.1. 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:

где ni — число макромолекул фракции i, имеющих ММ, равную Мi; Σni — общее число макромолекул в полимере.

8

Во втором случае находят массовую долю:

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:

Для всех полидисперсных полимеров выполняется правило:

9

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).

10