Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Старение и стабилизация синтетических каучуков и вулканизатов на их основе. Учебно-методическое пособие
.pdf
4. Перед занятиями необходимо заранее познакомиться с ходом
проведения лабораторной работы по учебному пособию, уяснить цели
и задачи работы. Приступать к выполнению работы можно только
после того, сдан предварительный отчет (название, краткое описание
хода работы, реакции) и пройдено собеседование с преподавателем.
5. Работающий должен знать основные свойства используемых
веществ, их действие на организм, правила работы с ними и на основе
этого принять все меры для безопасности проведения работ.
6. Работающий должен знать принципы работы на
оборудовании.
7. Сухие реагенты набирают чистым шпателем или ложечкой.
8. Запрещено засорять раковины и сливы в шкафах песком,
бумагой, битой посудой и другими твердыми отходами, что приводит
к выходу канализации из строя. Все твердые отходы следует
выбрасывать в урну.
9. При выполнении работ необходимо бережно расходовать
реактивы, электричество и воду. Нельзя без надобности оставлять
включенными электроприборы, а по окончании работ необходимо
немедленно их отключить.
10. Выполнение лабораторной работы требует строгого
соблюдения всех указаний, содержащихся в описании работы.
11. Студентам категорически запрещается без разрешения
преподавателя проводить какие-либо опыты, не относящиеся к данной
работе, или изменять порядок проведения.
12. Перед началом работы учащийся должен внимательно
осмотреть и проверить оборудование, убедиться в его чистоте,
исправности и отсутствии посторонних предметов в рабочих зонах и
на приводе машины.
13. При неисправностях оборудования, замеченных в начале и в
ходе работы, студенту необходимо немедленно выключить машину и
оповестить преподавателя.
14. Рабочее место и пол вокруг машины должны быть
свободными и чистыми.
15. Во время работы категорически запрещается:
класть руки и облокачиваться на вращающиеся части машин,
прикасаться к режущим поверхностям;
поправлять и подталкивать руками материал во вращающиеся, под
режущие и смыкающиеся части машин;
71
передавать инструмент через режущие и вращающиеся части
машин;
вынимать посторонние предметы на ходу и при остановке машины
без наблюдения;
обтирать и чистить машину на ходу;
оставлять включенную машину без присмотра.
16. Работая на вулканизационном оборудовании и термостатах,
необходимо осторожно производить их перезагрузку, не прикасаясь к
горячим поверхностям.
17. Запрещается поправлять формы и крышки во время подъема
и смыкания плит пресса.
18. При работе на механическом режущем оборудовании (ножи
для резки каучуков, вырезные машины, вырубные прессы) и ручными
ножами и ножницами необходимо соблюдать осторожность, не
подавать материал руками в зону резания, не отвлекаться.
19. Если работа не может быть закончена в течение одного
занятия, то необходимо заранее обсудить с преподавателем, на каком
этапе работа должна быть прервана и когда можно будет ее закончить.
20. Перед уходом из лаборатории рекомендуется тщательно
вымыть руки.
4.2 . Правила оформления лабораторной работы
По завершении лабораторной работы оформляется отчет по
следующей схеме:
1. Номер практической работы и ее название.
2. Сущность работы.
3. Схема прибора.
4. Предварительные расчеты, необходимые для проведения работы.
5. Порядок выполнения работы.
6. Рецептура смеси.
7. Характеристика резиновых смесей для работы по испытанию резин
по следующей форме:
марка резиновой смеси;
температура вулканизации;
продолжительность вулканизации;
назначение резиновой смеси;
рецептура резиновой смеси.
72
№
Ингредиент
Массовая доля, %
8. Протокол испытаний (для испытательных работ).
9. Обработка экспериментальных данных.
10. Анализ результатов исследования, выводы по работе.
73
5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Лабораторная работа 5.1
Исследование стойкости к термоокислению по величине
индукционного периода окисления каучука манометрическим
методом
Цель: по продолжительности индукционных периодов
окисления каучуков оценить термоокислительную стойкость
полимера.
Задание: провести термоокисление полимеров кислородом при
заданной температуре. Сравнить термоокислительную стойкость 4
образцов каучуков.
Оборудование и реактивы: установка манометрическая для
твердофазного окисления, весы аналитические, образцы полимеров
(по заданию).
Ход работы
Каучуки, предварительно отмытые от промышленных
стабилизаторов, подвергают исследованию на стойкость к окислению
на термоокислительной установке. Давление кислорода составляет
250 мм рт. ст., температура 135–140 С. Скорость окисления
оценивается по количеству поглощенного кислорода.
1. Подготовка образцов. Отмывка каучуков от промышленных
стабилизаторов проводится в две стадии:
трехкратное переосаждение промышленных образцов каучуков
(растворитель – толуол, осадитель – ацетон);
сушка полимеров.
Промышленные образцы каучука нарезаются мелкими
кусочками и помещаются в колбу, заливаются толуолом из расчета
получения 10 %-ного раствора. После полного растворения каучука
проводится процесс высаживания с помощью ацетона. Процесс
повторяется трижды, после чего полимер тщательно сушится в
вакуумном шкафу при комнатной температуре до постоянного веса.
2. Проведение испытания. Исследуемые образцы полимеров
(0,1 г) помещаются в специальные муфтовые пробирки. Затем их
последовательно подсоединяют к сосудам с манометрами (рис. 5.1),
задается температура нагрева печи Т=135 С. По достижении в печи
заданной температуры установка вакуумируется в течение 15 мин. По
74
истечении этого времени вакуумный насос отключается, и кислород
Время от
начала
процесса t,
мин
Изменение высоты ртутного столба ∆P
O
2
в
дифманометрах, мм рт. ст.
СКИ-3
СКЭПТ
БК
Номер пробирок
1 2 3 4 5 6
∆P1
∆P2
∆P
сред
∆P3
∆P4
∆P
сред
∆P5
∆P6
∆P
сред
15
2 …
150
25
23
24
10
12
11
15
15
15
дозируется в пробирки. Затем печь поднимается таким образом, чтобы
в нее опустились пробирки, каждая в свою ячейку на 1/3 высоты.
Через 10 мин (время термостатирования) краны дифманометров
закрываются, включается секундомер и засекается время начала
опыта. Фиксируются изменения высоты ртутного столба в
дифманометрах, показания снимаются через определенные
промежутки времени (5-10 мин) до достижения разницы давления
ртутного столба в 10-25 мм, затем краны на дифманометрах
переводятся в первоначальное положение. После этого эксперимент
заканчивается, установка обесточивается, печь опускается, пробирки
отсоединяются. Схема термоокислительной установки представлена
на рис. 3.1.
3. Оформление результатов. При оформлении работы следует:
привести таблицу экспериментальных данных (табл. 5.1);
построить графические зависимости процесса окисления, используя
программу Exel в координатах изменение давления ∆P
– время
2
O
процесса tок;
по полученным графическим зависимостям ∆P
= f(tок) определить
2
O
период индукции – время до выхода процесса на автокаталитический
(τ
– отсекаемый по оси времени отрезок касательной, проведенной
инд
через последние три точки полученной кривой);
по экспериментальным данным сделать вывод о термостойкости
каучуков.
Таблица 5.1
(Пример)
Экспериментальные данные продолжительности индукционных
периодов окисления каучуков.
Условия опыта: Т = 151 °С, P
= 250 мм рт. ст.
2
O
75
Лабораторная работа 5.2
Определение эффективности действия стабилизатора в каучуке
методом ИК-спектроскопии (по накоплению карбонильных групп)
Цель: по скорости накопления карбонильных групп
охарактеризовать стабилизирующую способность антиоксиданта.
Задание: провести термоокисление полимера, содержащего
исследуемый стабилизатор, на воздухе при заданной температуре.
Вариант 1. Исследовать образец полимера, содержащего
заданный стабилизатор и стабилизатор сравнения.
Вариант 2. Исследовать образец полимера, содержащего
исследуемый стабилизатор (в заданной концентрации), и образец
полимера, не содержащего стабилизатора.
Определить скорость накопления карбонильных групп в
окисляемом полимере методом ИК-спектроскопии. Охарактеризовать
стабилизирующую способность антиоксиданта.
Оборудование и реактивы: круглодонная колба (100 мл),
стеклянная мешалка с перемешивающим устройством, химический
стакан (100-150 мл), чашка Петри, пробирки для образцов, стеклянная
палочка, весы аналитические, вакуумный шкаф, блочная печь для
термоокисления на воздухе, секундомер, ИК-спектрометр с Фурьепреобразованием.
Ход работы
1. Подготовка пленок образцов полимеров. Каучук СКИ-3.
Каучук предварительно очищают от промышленных добавок
трехкратным переосаждением (как показано в лабораторной
работе 5.1). Далее в круглодонную колбу на 100 мл помещается мелко
нарезанный трижды переосажденный полимер и рассчитанное
количество стабилизатора. Каучук заливается толуолом (20 % раствор)
и перемешивается до получения гомогенных растворов (3–5 ч) при
комнатной температуре. Затем образцы для окисления готовят
отливкой пленок на поверхности пластин из NaCl из 20 % растворов
каучука в толуоле. Пленки выдерживаются при комнатной
температуре на воздухе до испарения растворителя, для
окончательной сушки образцы помещаются в вакуумный шкаф, в
котором поддерживается температура 20 °С, на 12–15 ч.
Определение толщины пленок осуществляют спектрально. Для
этого пленки неокисленного каучука зажимают между стеклами
разборной кюветы и снимают их ИК-спектры. Толщину кюветы
76
находят предварительно из спектра интерференции. Найденное таким
ТА = I
A
1
/I0 · 100
или ТА = Т
A
1
/Т0 · 100,
так как I
A
1
/I0= Т
A
1
/Т0 .
(5.1)
DА = lg(I
A
1
/I0) .
(5.2)
образом соотношение между оптической плотностью полосы
поглощения δСН (1453 см-1) и толщиной образца используют в
последующих опытах. Толщина пленок в опытах по окислению
составляет 10-15 мкм.
Бутилкаучук и СКЭПТ. Пленки толщиной 0,04 ± 0,01 мм
получают на пластинах KRS-5 из раствора БК в бензине и СКЭПТ-40 в
пентане.
2. Проведение испытаний. Термоокисление полимера проводят
на воздухе в блочной печи. Спектры исследуемых образцов снимают в
области 1800 – 1500 см-1. Для проведения количественного анализа в
качестве аналитической используют полосу поглощения при
ν = 1720 см-1 (5,85 мкм), соответствующую валентным колебаниям
карбонильных групп кетонного и альдегидного типа. В качестве
внутреннего стандарта выбирают полосу при ν = 1470 см-1,
относящуюся к деформационным колебаниям СН3- и СН2-групп.
Порядок получения и обработки спектра следующий. Включают
прибор в соответствии с инструкцией. Образец полимера в виде
пленки помещают между окнами разборной кюветы, закрепляют в
держателе и устанавливают в рабочем канале спектрометра.
Записывают спектр исследуемого вещества в широком интервале длин
волн. Используя данные корреляционных таблиц, интерпретируют
спектр. Значение оптической плотности определяют методом базовой
линии в максимуме полосы поглощения при ν = 1720 см-1. Процент
пропускания может быть рассчитан по формуле
Для расчета оптической плотности DА необходимо
воспользоваться выражением
По вычисленному значению оптической плотности определяют
содержание карбонильных групп МСО в полимере, используя формулу
77
МСО = КD
1720
/δ,
(5.3)
где К = 0,0433 – постоянный коэффициент; D
Наличие карбонильной группы в ИК-спектре
(+)
Время
окисления, ч
0 8
16
32
40
6
4
83
АО
% мас Без АО
- - + + + + + + Агидол
0,5
-
Слабо
+ + + + +
Агидол
1,0 - - + + + + + Агидол
2,0 - - + + + + + Диафен ФП
0,5 - -
-
Слабо
+ + +
Диафен ФП
1,0 - - - -
Слабо
+
+
Диафен ФП
2,0 - + + + + +
+
– оптическая
1720
плотность образца в максимуме аналитической полосы; δ – толщина
образца, см.
Степень окисления полимера при заданном времени
стабилизатора и температуре оценивают по отношению оптических
плотностей в точках 1720 и 1470 см-1.
3. Оформление результатов. При оформлении работы следует
привести ИК-спектры исследуемых образцов полимера до и после
окисления; рассчитать процент пропускания ТА, оптическую
плотность DА, содержание карбонильных групп МСО в полимере и
степень его окисления; построить график зависимости D
от tок, где
1720
tок – время термоокисления образца. Нарастание МСО представить в
виде табл. 5.2.
Таблица 5.2
(Пример)
Зависимость продолжительности индукционных периодов до
появления карбонильных групп при термоокислении пленок
(марка каучука) от концентрации и типа стабилизатора
(термошкаф, воздух, 100 °С)
Для количественной оценки стабилизирующей эффективности
антиоксиданта определяют коэффициент стабильности – отношение
нарастания МСО окисленного и неокисленного каучуков.
78
Лабораторная работа 5.3
Определение эффективности действия стабилизатора
при термоокислении на воздухе по изменению
характеристической вязкости образца полимера
Цель: определение эффективности действия стабилизатора при
термоокислении на воздухе по изменению характеристической
вязкости образца полимера.
Задание: провести термоокисление на воздухе двух образцов
полимера при заданной температуре (табл. 5.3); по изменению
характеристической вязкости образцов полимера охарактеризовать
антиокислительную способность ингибиторов.
Вариант 1. Один из полимеров содержит заданный
стабилизатор, а второй – не стабилизирован.
Вариант 2. Один полимер содержит заданный стабилизатор, а
второй – стабилизатор сравнения.
Оборудование и реактивы: круглодонная колба (100 мл),
стеклянная мешалка с перемешивающим устройством, химический
стакан (100–150 мл), чашка Петри, пробирки для образцов, стеклянная
палочка, весы аналитические, вакуумный шкаф, блочная печь для
термоокисления на воздухе, вискозиметр Убеллоде, термостат и
штатив для установки вискозиметра, пипетка (5 мл), колба
плоскодонная (25 мл) с притертой пробкой, секундомер; образец
полимера и стабилизатор (по заданию), растворитель (по табл. 5.4).
Ход работы
Термоокисление полимера проводят на воздухе в блочной печи.
Для включения электрообогрева печи необходимо с помощью ЛАТР
задать напряжение. В центральную ячейку поместить контактный
термометр, отрегулированный на заданную температуру, и
подключить ЛАТР к сети. Навеску заданного полимера ≈ 0,1 г,
взвешенную на аналитических весах с точностью до 0,0001 г,
поместить в пробирки, которые погружают в предварительно
нагретую до заданной температуры блочную печь. Последовательно
вынуть по одной пробирке через 30, 60, 90, 120, 150 и 180 мин.
79
Таблица 5.3
№
п/п
Полимер
Tок, °С
Стабилизатор сравнения
(по заданию)
САО,
% мас.
1
ПЭНД
200
Агидол 2
0,2
Ирганокс 1010
2
СКИ-3
140
Агидол 2
0,3
Нафтам 2
3
СКЭПТ-40
150
Агидол 2
0,2
-
4
БК
170
Агидол 2
0,1
Ирганокс 1010
№
п/п
Полимер
Растворитель
Т, °С
Km
α
1
Полистирол
Бензол
20
1,23·10-2
0,72
2
Поли-α-метилстирол
Толуол
25
7,81·10-3
0,73
3
Полиизобутилен
Циклогексан
24
1,07·10
-1
0,50
4
Полибутадиен
Циклогексан
20
3,60·10
-2
0,70
5
Полиизопрен
Толуол
25
5,02·10
-4
0,67
6
Поливинилацетат
Ацетон
30
1,02·10
-2
0,72
7
Поливиниловый
спирт
Вода
25
3,00·10
-1
0,50
8
Полиметилметакрилат
Ацетон
25
9,60·10
-3
0,69
9
Полиакрилонитрил
Диметил-
формамид
25
1,33·10
-2
0,75
10
Полиакриламид
Вода
25
6,31·10
-3
0,80
11
Полиэтиленгликольтерефталат
Фенол:тетра-
хлорэтан (1:1)
25
2,10·10
-2
0,82
Образец полимера и стабилизатор
Определение характеристической вязкости растворов
исследуемых образцов полимеров проводят в вискозиметре Убеллоде
капиллярного типа с подвесным уровнем.
Таблица 5.4
Значения Km для вычисления молекулярной массы полимеров
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]