Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по химии и физике полимеров. Учебное пособие
.pdf
51
R
O S i
R
n
Кремнийорганические каучуки – полимерные вещества с
молекулярной массой от нескольких сот тысяч до миллиона. Для
получения эластичных продуктов (кремнийорганические резины)
полиорганосилоксановый каучук подвергают термической обработке в
присутствии пероксида бензоила. В результате между линейными
макромолекулами возникают поперечные связи (кислородные
мостики) и создаётся разветвлённая или сетчатая структура.
При изготовлении кремнийорганических резин используют
минеральные наполнители (оксид титана, оксид кремния и др.).
Кремнийорганическая резина устойчива к действию окислителей,
влаги, органических растворителей и масел. Кремнийорганическая
резина термо- и морозоустойчива (в интервале от -65 до +2700С).
Изоляция из кремнийорганической резины выдерживает 180-2000С, а
кратковременно – до 3000С. Но даже при сгорании такой изоляции на
поверхности провода образуется прочная плёнка из оксида кремния.
Кремнийорганическая резина широко применяется в авиационной
промышленности, моторо- и машиностроении, электротехнике и
медицине.
Кумароноинденовые полимеры –применяют для производства
асбестосмоляных плиток для настила полов, цветного асфальтобетона
и латексов для водонепроницаемых покрытий. Эти полимеры могут
быть использованы в качестве связующего или клеящего вещества при
изготовлении линолеума и масляных красок или лаков.
Альтины – применяют для покрытия и склеивания бетона,
кирпича, керамики, искусственного и природного мрамора, дерева и
других материалов. Они широко распространены в гражданском,
промышленном, транспортном, специальном и гидротехническом
строительстве. Их используют в качестве строительных и ремонтных
материалов при создании дорожных и аэродромных покрытий, для
закрепления грунтов в качестве связующих для строительных
растворов и полимербетонов.
Полимерцементы – искусственно приготовленные материалы,
для которых в качестве вяжущего служит цемент или гипс с
добавлением полимеров или водных суспензий натуральных или
синтетических латексов. В качестве полимерного связующего чаще
всего используются поливинилацетатная дисперсия, водорастворимые
52
эпоксидные, полиэфирные, фурановые или карбамидные полимеры и
др. Добавление полимеров к минеральным вяжущим повышает их
физические и физико-химические свойства. Так, вяжущие,
затворенные суспензией латекса (латекс-цементы), обладают
свойствами как цементов, так и полимеров. Эти свойства во многом
зависят от выбора полимерных добавок и их количеств.
Полимерцементы применяют, в основном, для отделочных работ,
приклеивания керамической плитки, выравнивания бетонных
поверхностей, заделки различных стыков, для внутренней и внешней
отделки и других целей.
Полимербетоны –для их получения используют главным образом
термореактивные полимеры. Разработаны полимербетоны на основе
эпоксидных, ненасыщенных полиэфирных, фурановых,
фенолоформальдегидных, карбамидных, поливинилацетатных и
термопластичных кумароноинденовых полимеров; наиболее
дешевыми являются фурановые (фурфуролацетоновые) полимеры.
Фурановый полимербетон на мономере ФА химически стоек и
термостоек. Особенно он устойчив к истиранию – это качество
характерно для бетонов на основе эпоксидных и фурановых
полимеров. Эпоксидные полимербетоны обладают высокой адгезией к
большинству сухих строительных материалов.
Полимербетоны выгодно отличаются по своим свойствам от обычных
бетонов высокой химической стойкостью, повышенной прочностью,
износо- и морозостойкостью. Это связанно с тем, что полимербетон не
содержит цемента, химическая природа его основы инертна, поэтому
полимербетоны применяют для устройства монолитных бесшовных
полов, отделочных и защитных покрытий, ремонта и омоноличивания
бетонных элементов. Из полимербетонов изготавливают элементы
наружной облицовки гидротехнических сооружений, рассчитанных на
особо тяжелые эксплуатационные условия. Использование на особо
легких заполнителях для теплоизоляции позволяет уменьшить
теплопроводность и объёмную массу бетонов.
Газонаполненные (вспененные) пластмассы–можно получать
практически из всех известных полимеров. Особенно распространены
газонаполнительные материалы на основе полиуретана, полистирола,
поливинилхлорида, феноло- и мочевиноформальдегидных и
эпоксидных полимеров. От монополитных пластмасс газонаполненные
пластмассы отличаются легкостью и высокими тепло- и
звукоизоляционными свойствами. Газонаполненные пластмассы делят
на пенопласты (материалы с закрытыми, не сообщающимися между
собой ячейками) и поропласты (материалы с сообщающимися между
53
собой ячейками). Ячеистая или пористая структура создаётся при
помощи газо- или пенообразующих веществ (порофоров, ПВА,
фреонов, ССl4), вводимых в полимерные материалы. Вспененные
пластмассы получают в виде блоков или формованных деталей.
Строительство – одно из наиболее емких областей применения
газонаполненных пластмасс. Это связанно с тем, что эти материалы
наиболее полно отвечают современным запросам строительной
индустрии, связанным с уменьшением веса зданий и сооружений,
изготовлением строительных конструкций с заданными техническими
характеристиками. Для теплоизоляции стен, кровли и чердаков чаще
всего применяют мочевиноформальдегидные пены. Мипора –
вспененная мочевиноформальдегидная пластмасса – самый
распространенный и дешевый пеноматериал. Вспененный
поливинилхлорид, получаемый в виде блоков и тонких слоёв на
различных подложках (линолеум, ткань и др.), используют для тепло-,
звукоизоляции и в качестве легкого заполнителя армированных
конструкций. Широкое распространение нашел пенополистирол.
Полимерная пена идёт на предохранение грунта от промерзания при
строительстве в зимний период.
Стеклопластики –конструкционные материалы, состоящие из
связующего (полиэфирные, эпоксидные и другие полимеры) и
заполнителя (стеклянные волокна, стеклоткани или стеклонити).
Прочность стеклопластика зависит от характера применяемого
полимера и от массового соотношения взятых компонентов. Наиболее
высокой прочностью обладает стеклопластик с содержанием 65-70%
кварцевого или бесщелочного стекловолокна. Широкое
распространение в строительстве получил стеклопластик типа СВАМ
(стекловолокнистый анизотропный материал), при изготовлении
которого используют стеклошпон с параллельно расположенными
стеклянными волокнами. В результате такой ориентации волокон
стеклопластик обладает высокой механической прочностью.
Стеклопластики – удивительные материалы, которых не знает природа.
Они позволяют создавать сооружения самой неожиданной и
причудливой формы. Стеклопластики часто применяют как
декоративные материалы в производстве крупногабаритных панелей,
плит для стен, перекрытий, зонтичных конструкций и объемных
санитарно-технических блоков.
Клеи, мастики и герметики. На основе полимеров готовят
различные клеи и мастики, применяемые в строительстве для
склеивания литых, слоистых и волокнистых материалов, элементов
различных изделий и конструкций из древесины, метала и бетона.
54
Широко применяют перхлорвиниловые клеи и поливинилацетатную
дисперсию (для приклеивания декоративно-обшивочных материалов),
фенолоальдегидные клеи (для производства древесностружечных
плит), фенолкаучуковые клеи (для соединения стекловолокнистых
материалов с металлом), полиуретановые и эпоксидные клеи (для
склеивания различных неорганических материалов друг с другом и
металлами), мочевино- и фенолоформальдегидные клеи (для
склеивания стекла, металлов, древесины и т.д.). Из клеящих мастик
следует отметить битумные, битумно-резиновые, кумаронокаучуковые
и др., например, клеящую мастику синтелакс, изготовленную из
синтетического латекса, наполнителей и загустителей, применяют для
приклеивания полимерных покрытий пола, поливинилхлоридных и
полистирольных плиток, рулонных покрытий. Для герметизации
стыков крупнопанельных зданий и других целей в качестве герметиков
используют специальные пленки и прокладки, изготовленные из
полиизобутилена, полиэтилена в смеси с парафином и наполнителями,
битумно-резиновые и бутилкаучуковые композиции. Герметиками
могут служить различные мастики на основе различных продуктов битума, дегтя, асфальта, казеина, канифоли, резины, полиэтилена,
латексов, эпоксидных, кремнийорганических, кумароновых,
фенолоформальдегидных и фурановых полимеров. В качестве
трещиностойких эластичных покрытий по бетону применяют
покрытия на основе сульфохлорированного полиэтилена, тиокола и
сульфированного каучука.
12. Синтез высокомолекулярных соединений (полимеров)
Правила оформления и ведения рабочего журнала
При выполнении лабораторной работы студент обязан вести
рабочий (лабораторный) журнал, который предназначен для записи
всех наблюдений за ходом эксперимента, расчетов и полученных
результатов. При необходимости в нем зарисовывают схему установки
или прибора. Делая записи в журнале, необходимо четко излагать суть
проведенного опыта или синтеза. Такие записи проводят или в
процессе выполнения работы, или сразу же после ее окончания.
При этом не следует пользоваться черновиками – все расчеты обычно
ведут на обратной стороне листа. Переписывать полностью пропись
синтеза (опыта) из руководства нет необходимости. Отмечают лишь то,
что наблюдается при выполнении эксперимента. Желательно указывать
продолжительность отдельных операций, а также все изменения или
возможные отступления от прописи.
55
В журнале должен быть отражен план синтеза вещества:
а) сборка установки (прибора) и подготовка исходных реактивов;
б) проведение химической реакции;
в) выделение синтезированного вещества;
г) очистка вещества;
д) определение его физико-химических констант.
Для оформления работы по синтезу органических соединений в
журнале можно использовать схему, представленную ниже.
Работа №_______
Синтез____________________________________________
(название синтезируемого вещества)
Литературный источник
____________________________________
фамилия и инициалы автора,
__________________________________________________
название руководства, издательство, год издания, страницы
Работа начата _____________________________________
дата, часы
Основная реакция:
___________________________________________
Побочная реакция:
_______________________________________
Расчет синтеза:
______________________________________________
Схема установки (прибора)
Описание хода синтеза (наблюдения, измерения, прописи и т. д.)
(Очистка сырого продукта (методика)________________________
56
Ткип
Исходные вещества:
Основные
константы
(из справочника)
Молекулярная масса
или
Тпл,°С
Название
Реактивов
d
420
Основные константы и выход готового продукта:
Название
в-ва
в г
(или
мл)
Выход вещества Константы вещества
в % полученного
от
теоретического
указанного в
Работа окончена:
______________________________________________
дата, часы
Вещество сдано:
_____________________________________________
подпись лаборанта
Работа зачтена (или не зачтена - причина):
________________________
________________________________ подпись преподавателя
Количество необходимого
в-ва
по
теории
Содержание
основного в-ва, %
от выхода,
прописи
в г
в молях
при синтезе
по прописи
в г
в молях
в мл
по
литературным
данным
избыток, %
13. Лабораторная химическая посуда и приборы
В химической лаборатории обычно используют стеклянную
посуду. Посуда из стекла очень удобна, она прозрачна, хорошо моется
и сушится; ее недостаток – хрупкость. Специальное стекло устойчиво
к кислотам и щелочам, а также к большинству химических реагентов,
кроме фтороводорода и расплавленной щелочи.
57
Стаканы – изготавливают из термостойкого стекла, бывают
разной вместимости – от 50 до 1000 мл; служат для вспомогательных
работ.
Колбы – основная лабораторная посуда при проведении
органического синтеза; бывают круглодонные, плоскодонные,
конические и др. (рис. 3).
Плоскодонные и конические колбы обычно используют в качестве
приемников при перегонке жидкости, для кристаллизации и
приготовления растворов. Для перегонки используют круглодонные
колбы, которые могут быть широкогорлыми и узкогорлыми,
длинногорлыми и короткогорлыми, а также двух-, трехгорлыми и т.д.
Круглодонные колбы, снабженные отводной трубкой, называют
колбами Вюрца и предназначены для перегонки жидкости под
атмосферным давлением.
Круглодонные колбы с боковым вертикальным ответвлением,
имеющим отводную трубку, называют колбами Клайзена; их
используют для перегонки при пониженном давлении. При перегонке
может использоваться также колба Фаворского – круглодонная колба с
дефлегматором и отводной трубкой. Эти колбы изображены на рис. 4.
Рис.3. Колбы:
а – круглодонные; б – плоскодонные; в – двугорлая;
г – трехгорлая; d – коническая; е – грушевидные
Рис. 4. Колбы для перегонки:
в – колба Фаворского с дефлегматором
а – колба Вюрца; б – колба Клайзена;
58
Капельные воронки – применяют для медленного прибавления
компонента к реакционной смеси до или во время проведения
органического синтеза; бывают с цилиндрическими, шарообразными
или грушевидными емкостями для жидкости; имеют пробку в верхней
части и длинную трубку с краном (рис.5).
Рис. 5. Капельные воронки
Делительные воронки – используют для разделения
несмешивающихся жидкостей и для экстракции; в отличие от
капельных, эти воронки имеют более толстые стеклянные стенки и
меньшую длину трубки.
Холодильники – используют для охлаждения и конденсации
паров, образующихся при кипении органических жидкостей. Самый
простой из них – воздушный, представляющий собой длинную
стеклянную трубку; применяется при перегонке высококипящих
жидкостей. Для низкокипящих жидкостей используют холодильник
Либиха – стеклянная трубка, которая впаяна в другую, более широкую
трубку. Внешняя часть такого холодильника («рубашка») имеет два
отростка, на которые надевают резиновые трубки: нижнюю трубку
присоединяют к водопроводному крану, а верхнюю отводят в раковину.
Холодильник Либиха может быть нисходящим (крепят с наклоном
относительно рабочего стола) и обратным (его крепят в штативе строго
вертикально). В обоих случаях вода в холодильник подается через
нижний отросток. Холодильник соединяют с приемником при помощи
аллонжа, который направляет стекающую при перегонке жидкость в
приемник.
В лабораторной практике используются и другие типы
холодильников - шариковые и змеевиковые, у которых охлаждающая
способность лучше. Все типы холодильников представлены на рис. 6.
Дефлегматоры – применяются для более тщательной
фракционной перегонки, бывают разной конструкции. В верхнее
59
отверстие дефлегматора вставляют термометр, а с помощью отводной
трубки в верхней части дефлегматор соединяют с холодильником.
Разные конструкции дефлегматоров представлены на рис. 7.
Рис. 6. Холодильники:
змеевиковый - обратный с охлаждаемой спиралью; d - обратный с охлаждающей
спиралью (Димрота); е - обратный с двойным охлаждением – рубашкой и охлаждаемой
а – воздушный; б – Либиха; в – обратный, шариковый; г –
спиралью
Рис. 7. Дефлегматоры:
а – шариковый; б – елочный; в – с насадкой.
14. Методы очистки и выделения органических веществ
14.1. Кристаллизация
Кристаллизацией называют процесс образования и роста
кристаллов из раствора, расплава или газовой среды. Это один из
важнейших методов, применяемых для очистки твердых органических
веществ, основанный на различной растворимости органического
вещества и сопутствующих ему примесей в данном растворителе при
различных температурах.
60
Загрязненное примесями вещество растворяют при нагревании в
подходящем растворителе, после чего горячий раствор
отфильтровывают от нерастворимых примесей и дают охладиться.
Выпавший осадок отфильтровывают и сушат. В качестве
растворителей применяют воду, этанол, бензол, ацетон, хлороформ,
петролейный эфир, диоксан и др. Если данные о растворимости
очищаемого кристаллизацией веществ отсутствуют, то растворитель
подбирают опытным путем.
Чтобы вызвать процесс кристаллизации в пересыщенном
растворе, добавляют в качестве «затравки» несколько кристаллов того
вещества, которое необходимо выкристаллизовать; помогает и
потирание стенок сосуда с раствором стеклянной палочкой.
Часто при проведении процесса кристаллизации применяют
активированный уголь, который из-за высокой абсорбционной
активности хорошо удаляет из раствора окрашенные загрязнения и
различные смолообразные продукты. Однако активированный уголь
нельзя добавлять к сильно нагретому раствору, так как это может
привести к выбросу жидкости за счет ее бурного вскипания.
При использовании легковоспламеняющихся растворителей
растворение необходимо вести при осторожном нагревании в
круглодонной колбе с обратным водяным холодильником.
Проведение опыта. В стакан или колбу емкостью 100 мл
помещают 1 г бензойной кислоты, 50 мл воды и нагревают смесь до
начала кипения; при этом бензойная кислота полностью растворяется.
Горячий раствор быстро фильтруют через маленький складчатый
фильтр и делят фильтрат на две части. Одну часть быстро охлаждают,
погружая сосуд в холодную воду; при этом бензойная кислота
выпадает в виде мелких кристаллов. Другую часть горячего раствора
оставляют медленно охлаждаться на воздухе в течение 20-25 мин.; при
этом бензойная кислота выделяется виде крупных пластинчатых
кристаллов.
При работе с щавелевой кислотой растворяют в пробирке при
нагревании 2г кислоты в 5 мл воды, затем поступают, как в
предыдущем случае. Щавелевая кислота кристаллизуется в виде
игольчатых кристаллов; и в этом случае размер кристаллов зависит от
скорости охлаждения.
При растворении загрязненного вещества и последующей
кристаллизации примеси обычно остаются в растворе. Нерастворимые
примеси легко отделить фильтрованием горячего раствора. Капли
нерастворимых в воде жидких примесей –смол, масел – легко отделить
фильтрованием водного раствора через бумажный фильтр,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]