Полимеризация

Московская Государственная Академия

Тонкой Химической Технологии

им. М.В Ломоносова

Кафедра ХиФП

Отчёт по лабораторной работе

«Полимеризация»

Студент: Воскобоев А.А.

Группа: ХТ-414

Руководитель: Емельянов С.В.

Москва 2009

Введение.

Полимеризация (греч. polymeres - состоящий из многих частей) — процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера. Общая схема полимеризации:

n M    M_n

Число n в формуле полимера (M_n) называется степенью полимеризации.

По числу участвующих в реакции мономеров, полимеризацию разделяют на гомополимеризацию (один мономер) и сополимеризацию (два и более), в зависимости от природы активного центра подразделяют на радикальную полимеризацию, в которой активным центром является свободный радикал (макрорадикал), и ионную полимеризацию, где активные центры-ионы, ионные пары или поляризованные молекулы (Анионная полимеризация, Катионная полимеризация, Координационно-ионная полимеризация).

Механизм полимеризации обычно включает в себя ряд связанных стадий:

* инициирование - зарождение активных центров полимеризации

* рост (продолжение) цепи - процесс последовательного присоединения молекул мономеров к центрам

* обрыв цепи - гибель активных центров

         Инициирование — превращение небольшой доли молекул мономера в активные центры, способные присоединять к себе новые молекулы мономера. Для этого в систему вводят специальные вещества (называется инициаторами или катализаторами П. в зависимости от того, входят их частицы в состав образующегося полимера или нет). П. можно также вызвать действием ионизирующего излучения, света или электрического тока.

         Рост цепи состоит из ряда многократно повторяющихся однотипных реакций присоединения молекул мономера (М) к активному центру (М*):

         М* + М → М*₂; М*₂ + М → М*₃... М*_n + M → M*_n+1

         В результате исходный низкомолекулярный активный центр вырастает в макромолекулу.

         Обрыв цепи — дезактивация активного центра при его взаимодействии с др. активным центром, каким-либо посторонним веществом или вследствие перегруппировки в неактивный продукт. При передаче цепи активный центр с растущей макромолекулы переходит на какую-либо другую частицу Х (мономер, растворитель, полимер и т.д.), начинающую рост новой макромолекулы:

         М*_n + Х → M_n +Х*

         X* + M → XM*

Цель работы:

Получение стирола путём блочной полимеризации стирола под действием катализатора катионного типа и выделение его из реакционной системы осаждением.

Теоретические основы.

Катионная полимеризация:

1. Получение катализатора

2. Инициирование цепи

СН₂═СН(С₆Н₅) + Н⁺[Ci₄SnOH]^- →CH₃− C⁺ (С₆Н₅) H [Ci₄SnOH]^-

3. Рост цепи:

CH₃− C⁺(С₆Н₅) H[Ci₄SnOH]^- + n СН₂═СН(С₆Н₅) → CH₃− CH(С₆Н₅) – [CH₂− CH(С₆Н₅) ]_n− CH₂− C⁺(С₆Н₅) H[Ci₄SnOH]^-

4. Обрыв цепи:

CH₃− CH(С₆Н₅) – [CH₂− CH(С₆Н₅) ]_n− CH₂− C⁺(С₆Н₅) H[Ci₄SnOH]^- → Н⁺[Ci₄SnOH]^- + CH₃− CH(С₆Н₅) – [CH₂− CH(С₆Н₅) ]_n− СН═СН(С₆Н₅)

Анионная полимеризация:

Инициирование цепи:

Рост цепи:

Обрыв цепи происходит точно так же как и в катионной полимеризации.

Радикальная полимеризация:

Стадия инициирования:

Стадия роста:

Стадия обрыва: Диспропорционирования

Рекомбинация р Рр

Объекты и методы исследования.

Объекты:

Гидроксид натрия

Наименование едкий натр, каустик, каустическая сода, едкая щелочь

Химическая формула Na-OH

Молярная масса 39.9971 г/моль

Температура плавления 323 °C

Температура кипения 1403 °C

Плотность вещества 2,02 г/см³

Растворимость в воде — 108,7 (20 °C) г/100 мл

ромбическая модификация до 299 °C

Хлорид олова(IV) (тетрахлорид олова, оловянное масло) — SnCl₄.

Тяжелая бесцветная (иногда желтоватая) жидкость удельного веса 2,28, кипит около 114 °C, затвердевает около −33 °C. На воздухе она дымит.

Изопропиловый спирт

Систематическое наименование Пропан-2-ол

Химическая формула CH₃CH(OH)CH₃

Молярная масса 60,10 г/моль

Физические свойства: Состояние (ст. усл.) жидкое

Плотность 0,7851 г/см³

Термические свойства: Температура плавления -89,5 °C

Температура кипения 82,4 °C

Химические свойства pK_a 16,5

Растворимость в воде неограниченная г/100 мл

Стирол

Химическая формула C₈H₈

Молярная масса 104.15 г/моль

Плотность 0.909 г/см³

Температура плавления -30 °C

Температура кипения 145 °C

Полистирол — продукт полимеризации стирола (винилбензола) относится к полимерам класса термопластов.

Имеет химическую формулу вида: [-СН₂-С(С₆Н₅)Н-]_n-

Фенильные группы препятствуют упорядоченному расположению макромолекул и формированию кристаллических образований. Это жёсткий, хрупкий, аморфный полимер с высокой степенью оптического светопропускания, невысокой механической прочностью, выпускается в виде прозрачных гранул цилиндрической формы. Полистирол имеет низкую плотность (1060 кг/м³), термическую стойкость (до 105 °С), усадка при литьевой переработке 0,4-0,8%. Полистирол обладает отличными диэлектрическими свойствами и неплохой морозостойкостью (до -40°C). Имеет невысокую химическую стойкость (кроме разбавленных кислот, спиртов и щелочей).

Методы исследования:

Перед проведением полимеризации стирол очищаем от ингибитора полимеризации. Для этого стирол встряхиваем в делительной воронке с 10% раствором гидроксида натрия. После этого готовим раствор 1 мл тетрахлорида олова в 30 мл дихлорэтана в конической колбе. Далее в стеклянную ампулу наливаем пипетко 4 мл стирола, помещаем её в сосуд Дьюара с охлаждающей смесью -17 С. Добовляем 3 мл раствора из колбы. Проводим полимеризацию 15 минут. К концу полимеризации реакционная смесь загустевает. Переносим смесь в фарфоровую чашку и промываем её изопропанолом. После отжимаем смесь и сушим.

Обсуждение результатов.

Расчет выхода:

Теоретическая масса

M_теор=V_ст*ρ_ст=4 мл*0,906 г/мл=3,6 г

M_пр=3,1 г

η=3,1/3,6*100%=86%

Вывод:

В результате опыта получен полистирол методом растворной полимеризации. Для получения полистирола был использован катионный катализатор тетрахлорид олова. Полимеризация проводилась при -16 ⁰С. Выделили 3,1 г полистирола, учитывая теоретический выход следует, что наш выход составил η=86%.