МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА

ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ СЕРВИСА

Кафедра "ТПМ и ОП"

Зав. кафедрой, д. х. н._______Янборисов В. М.

Курсовой проект

по дисциплине: «Физико-химические основы технологии полимерных материалов»

на тему: «Расчет физико-химических свойств полиакрилонитрила и его производных. Исследование влияния качественного состава полимера на его физико-химические свойства»

Выполнила: ст. гр. ХТД - 4

Пономарева К.К.

Проверил: д. х. н., профессор

Доломатов М. Ю.

Уфа – 2010

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………..……...3

1. Получение, применение и свойства полиакрилонитрила….....…………………………….....…..4

1. Метод групповых инкрементов по Аскадскому А.А…………………………………..…...7

2. Расчет геометрических характеристик молекулярной цепи полиакрилонитрила…….….9

3. Контурная длина макромолекулы…………………………………..…................................9

4. Среднеквадратичный радиус клубка макромолекулы……………............................... ...10

5. Радиус полимерного клубка……………………………………………………………….…...10

6. Объем Гауссова клубка………………………………………………………………….......….10

7. Критическая концентрация………………………………………..…………………….…..... .10

8. Плотность полимера…………………………………………………………………….….…...10

9. Момент инерции………………………………………………………………………………...11

10. Молярный момент инерции………………………………………………………………..…...11

1. Расчет основных физико-химических свойств полимера………………........................................12

   1. Расчет Ван-дер-ваальсовых объемов…………………………………………………….......12

   2. Температура стеклования………………………………………………………………...…...13

   3. Температура плавления…………………………………………………………….…….…...14

   4. Температура деструкции………………………………………………………………..…….15

   5. Плотность энергии когезии и параметр растворимости Гильдебранда…………………...16

   6. Критерий растворимости……………………………………………………………………..17

   7. Показатель преломления……………………………………………………………………...17

   8. Коэффициент оптической чувствительности по напряжению………………………...….18

   9. Диэлектрическая проницаемость………………………………………………………….…19

   10. Теплоемкость…………………………………………………………..………………………20

   11. Температурный коэффициент объемного расширения………………………………….…21

   12. Плотность полимера в твердом состоянии……………………………………………….…22

2. Расчет физико-химических свойств замещенного полиакрилонитрила……………….……...23

   1. Расчет поли-1-метилакрилонитрила……………………………………………….....….….23

   2. Расчет поли-1-этилакрилонитрила………………………………...………………………...28

   3. Расчет поли-1-пропилакрилонитрила………………………………………………..……...33

   4. Расчет поли-1,1-дифторакрилонитрила………………………………………………….….38

   5. Расчет поли-1,1-дихлоракрилонитрила……...…………….………………………………..43

3. Заключение…………………………………………………………….…………………………...48

Список литературы…………………………………………………………………………………..…56

Введение.

Высокомолекулярные соединения имеют очень большие размеры молекул, многие их свойства (вязкость раствора, механические свойства, растворение с предварительным набуханием, способность образовывать нити и т.д.) тесно связаны с большой энергией межмолекулярного взаимодействия. Именно резко возрастающая роль межмолекулярных соединений, качественно отличающих их от низкомолекулярных соединений.

Характерной особенностью высокомолекулярных соединений является наличие длинных цепных молекул; утрата цепного строения влечет за собой исчезновение всего комплекса специфических свойств для этих веществ. Выяснением строения основной цепи далеко не исчерпывает вопрос определения структуры макромолекулы. Необходимо еще установить природу и количество функциональных групп, их взаимное расположение в пространстве, наличие аномальных звеньев и некоторых других деталей строения, оказывающих существенное влияние на свойства полимера.

В данной работе предстоит выяснить физико-химические параметры данного полимера (по методу групповых инкрементов), исследовать влияние на свойства полимера замещения атомов водорода на хлор, фтор, рассчитать характеристики молекулярной цепи исходного полимера.

Цель работы – расчет физико-химических свойств полимеров и исследование влияния качественного и количественного состава полимеров на его физико-химические свойства (температура стеклования, температура плавления, температура деструкции, параметр растворимости, теплоемкости, показатель преломления).

В первой части рассчитаны характеристики молекулярной цепи исходного полимера (контурная длина, радиус полимерного клубка, объем гауссова клубка, критическая концентрация, объемная доля полимера в растворе и др.)

Во второй части методом групповых инкрементов по Аскадскому А.А. рассчитаны свойства исходного полимера – полиакрилонитрила.

В третьей проведено исследование свойств полимеров, полученных заменой - Н - в боковой цепи на – СН_3, -(C-, -(C-, -CC, -C.

В заключении будут сделаны выводы о применении метода Аскадского А.А. к сложным структурам и технологические рекомендации.

1. Свойства, получение и применение полиакрилонитрила.

Свойства.Полиакрилонитрил - [—CH₂—CH(CN)—]_n, неплавкий и труд норастворимый аморфный полимер белого цвета; плотность 1,14—1,15г/см³(20 °C). При 220- 230 °C он размягчается и разлагается с образованием газообразных продуктов, главным образом аммиака. При 270 ºCпроисходит также выделение цианистого водорода.

В зависимости от условий полимеризации образуются полимеры с различной молекулярной массой – от 20000 до 350000. Полимер для производства акрильных волокон имеет молекулярную массу от 30000 до 100000. По прочностным показателям полиакрилонитрил сравним с полиамидами(например, с капроном и найлоном); относительное удлинение 10—35%; влагопоглощение 0,9—1,0% при 20 °C и 65%-ной относительной влажности.

Полиакрилонитрил химически стоек к действию обычных растворителей, жиров; не изменяется при воздействии атмосферных условий и солнечного света; растворяется, например, в диметилформамиде, диметилацетамиде, этиленкарбонате, концентрированных водных растворах солей LiBr, NaCNS, Ca (CNS)₂, ZnCl₂+ CaCl₂, концентрированных HNO₃, H₂SO₄.

При нагревании полимер изменяет цвет, причем этот процесс всегда сопровождается уменьшением растворимости. Непластифицированный полиакрилонитрил является очень хрупким. Полимер мало размягчается даже при нагревании, поэтому переработка полиакрилонитрила в изделия затруднена.

Полиакрилонитрил обладает достаточной стойкостью ко многим химическим реагентам. Слабые растворы щелочей при обычной температуре не оказывают на него заметного действия, однако по мере повышения температуры и pHщелочного раствора нитрильные группы полимера начинают постепенно омыляться с образованием амидных групп, а при дальнейшем действии щелочи часть амидных групп переходит в карбоксильные:

O

…CCH……СCH……CCH…

∣ ∣

CN CONCOOH

При обработке полиакрилонитрила раствором соды степень омыления достигает 30-40%. При действии на полиакрилонитрил концентрированной серной кислотой(75-95%-ной) на холоду образуется продукт, содержащий 10-12 имидных остатков на 100 звеньев мономера. С повышением температуры степень имидизации полимера увеличивается. При действии на полиакрилонитрил радиоактивных излучений происходит выделение газообразных продуктов в результате отрыва атомов водорода, разрушения боковых и концевых групп полиакрилонитрила.

Получение. В промышленности полимеризацию акрилонитрила проводят в водных растворах минеральных солей, в среде органического растворителя и в блоке. Наибольшее распространение получили методы полимеризации акрилонитрила в водной среде и в водных растворах минеральных солей.