Politechnika Łódzka

Politechnika Łódzka
Wydział Chemiczny
INSTRUKCJA LABORATORIUM
„Synteza kopolimeru winylowego” (Synthesis of vinyl copolymer)
realizowanego w ramach Zadania nr 9
pn. „Doposażenie laboratorium pod nazwą Materiały i nanomateriały polimerowe jako
materiały inżynierskie”
Instrukcję opracował:
mgr inż. Błażej Włodarczyk
Łódź, 2010
ul. Żwirki 36, 90-924 Łódź
www. ife.p.lodz.pl
tel. 042 278 45 31
042 638 38 26
Projekt realizowany w ramach Priorytetu IV - Działanie 4.1 - Poddziałanie 4.1.1.
pn. „Przygotowanie i realizacja nowych kierunków studiów
w odpowiedzi na współczesne potrzeby rynku pracy
i wymagania gospodarki opartej na wiedzy”
SPIS TREŚCI
1. CEL ĆWICZENIA (Aim of studies)
2. WPROWADZENIE (Introduction)
2.1. Kopolimeryzacja.
2.2. Typy kopolimerów.
2.3. Kinetyka kopolimeryzacji rodnikowej.
2.4. Polimeryzacja emulsyjna.
2.5. Emulgatory.
2.6. Mechanizm rodnikowej kopolimeryzacji emulsyjnej.
2.7. Monomery.
3. PRZEBIEG ĆWICZENIA (Procedure)
3.1. Synteza kopolimeru.
3.2. Oznaczenie wydajności procesu kopolimeryzacji.
4. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA (Report)
5. LITERATURA(References)
6. PRZYKŁADOWE PYTANIA SPRAWDZAJĄCE (Problems)
7. EFEKTY KSZTAŁCENIA (Learning outcomes)
8. TELEFONY ALARMOWE (Emergency numbers)
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
2
1. CEL ĆWICZENIA (Aim of studies)
Celem ćwiczenia jest wykonanie kopolimeryzacji emulsyjnej pary komonomerów: metaktylanu
metylu i styrenu oraz wyznaczenie wydajności przeprowadzonego procesu.
2. WPROWADZENIE (Introduction)
2.1. Kopolimeryzacja.
Kopolimeryzacja jest procesem chemicznym, w wyniku którego z dwóch ( lub kilku
komonomerów, różniących się budową chemiczną, otrzymuje się kopolimer. Może ona
przebiegać według róznych mechanizmów podobnych jak w wypadku polimeryzacji.
Kopolimerem nazywamy związek wielkocząsteczkowy, którego makrocząsteczki składają
się z co najmniej dwóch powtarzających się elementów budowy, czyli merów. W odróżnieniu
od kopolimerów, polimery zawierające
tylko jeden rodzaj merów nazywa się często
homopolimerami. Głównym powodem otrzymywania kopolimerów są ich szczególne
właściwości fizyczne których nie mogą posiadać homopolimery zawierające te same mery,
właściwości kopolimerów prawie nigdy nie są prostą wypadkową homopolimerów
zawierających te same mery. Kopolimery możemy otrzymać na drodze wspólnej
polimeryzacji, poliaddycji co najmniej dwóch rodzajów merów, lub pol polikondensacji
podczas której
reagują grupy boczne. Kopolimery powstają również w procesach
zachodzących w przyrodzie, mówimy wtedy o biopolimerach. W skrócie możemy
powiedzieć, iż kopolimer to związek powstały z więcej niż jednego rodzaju monomeru.
Kopolimer zawierający trzy rodzaje merów nazywamy terpolimerem, jeśli więcej niż trzy –
kopolimerem multiskładnikowym.
2.2. Typy kopolimerów.
Ze względu na budowę makrocząsteczek wyróżniamy kopolimery liniowe, kopolimery
rozgałęzione i kopolimery usieciowane.
■ Kopolimery liniowe składające się z dwóch rodzajów merów A i B dzielimy na:
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
3
» kopolimery statystyczne, mery w makrocząsteczkach występują losowo:
-ABBAAABABBABABA
» kopolimery naprzemienne, w których mery budujące makrocząsteczkę występują
naprzemian
-ABABABABABABABA
» kopolimery gradientowe, rozkład merów również wydaje się być losowy, jednakże patrząc
wzdłuż łańcucha zauważamy na jednym z jego końców dominują mery A, na drugim mery B:
-AAABAAABBAABBBB
» kopolimery blokowe, w nich mery występują w blokach.
-AAAAAAABBBBBBBB
Bloki te mogą mieć różny charakter, co jest kryterium ich dalszego podziału. Wyżej
wymieniony przykład przedstawia kopolimer diblokowy, czyli taki w którym istnieją tylko
dwa duże bloki merów A i B. Jeśli w kopolimerze występuje więcej niż jeden blok to
mówimy o kopolimerze multiblokowym. Te z kolei możemy podzielić na:
● multiblokowe regularne, występują w nich 3-4 długie bloki
-AAAAABBBBBAAAAA
● multiblokowe naprzemienne, w których występują naprzemiennie krótsze i dłuższe, ale
regularne bloki merów:
-AAABBBAAABBBAAA
● multiblokowe statystyczne, w nich bloki mają różną losową długość
-AAAABBAABBBAAA
■ Kopolimery rozgałęzione, inaczej szczepione dzielimy na:
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
4
» Kopolimery o rozgałęzieniach typu gwiazdy:
» Kopolimery o rozgałęzieniach typu grzebienia:
» Kopolimery o rozgałęzieniach przypadkowych:
2.3. Kinetyka kopolimeryzacji rodnikowej.
Kopolimeryzacja dwóch komonomerów M1 i M2 prowadzi do powstania dwóch rosnących
makrorodników R-M1● i R-M2●, mogą one reagować ze sobą w następujący sposób:
a) R-M1● + nM1 → R-(M1)n+1●
k11
b) R-M1● + nM2 → R-M1(M2)n●
k12
c) R-M2● + nM2 → R-(M2)n+1●
k22
d) R-M2● + nM1 → R-M2(M1)n●
k21
gdzie: k11, k12, k21, k22 to stałe szybkości wzrostu łańcuchów
Reakcje a i c prowadzą do powstania homopolimerów,
natomiast reakcje b id do
powstawania kopolimerów.
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
5
Współczynniki reaktywności komonomerów (stałe
kopolimeryzacji) r1 i r2 są określone
stosunkami stałych szybkości reakcji:
r1
Określają one stosunek stałej
k11
, oraz r2
k12
szybkości
k 22
k 21
przyłaczania się rodnika do własnego
monomeru(homopropagacji), do stałej szybkości przyłączania się tego rodnika do drugiego
monomeru (kopropagacji).
Jeżeli współczynniki reaktywności przyjmują wartości:
- r1 = r2 = 1 – skład polimeru jest identyczny. Kopolimery takie nazywamy kopolimerami
azeotropowymi.
- r1 = r2 = 0 – otrzymujemy kopolimer naprzemienny.
- r1 < 1, r2 < 1 – kopolimer tworzy się łatwo, monomer M1 łatwiej reaguje z rodnikiem R-M2●
niż z własnym rodnikiem R-M1● i odwrotnie, monomer M2 łatwiej reaguje z rodnikiem RM1● niż z własnym rodnikiem R-M2●.
- r1 > 1, r2 > 1 – monomery nie kopolimeryzują, monomer M1 łatwiej reaguje z własnym
rodnikiem R-M1● niż z rodnikiem R-M2●, tworzy się mieszanina homopolimerów.
- r1 > 1, r2 < 1 – następuje wzbogacenie kopolimeru M1, ponieważ ułatwiona jest reakcja
rodników R-M1● i R-M2● z monomerem M1.
- r1 > 1, r2 < 1 – następuje wzbogacenie kopolimeru M2, ponieważ ułatwiona jest reakcja
rodników R-M1● i R-M2● z monomerem M2.
- r1 = 1/r2 czyli r1r2 = 1 – skład kopolimeru jest wprost proporcjonalny do składu
wyjściowego mieszanin komonomerów, ponieważ szybkość kopolimeryzacji nie zależy od
rodzaju rodnika R-M1● i R-M2●.
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
6
2.4. Polimeryzacja emulsyjna.
Emulsja jest układem rozdrobnionym, który tworzą dwie nie mieszające się wzajemnie
ciecze. Jedna z tych cieczy tworzy fazę ciągłą, podczas gdy druga fazę rozproszoną. By móc
mówić o emulsji, musimy zapobiec łączeniu się zdyspergowanych (rozproszonych) kropelek.
Ten efekt uzyskujemy stosując emulgatory (surfaktanty), są to środki powierzchniowo czynne
które stabilizują fazę rozproszoną. Jest wiele przykładów emulsji występujących w przyrodzie
np. mleko ( tłuszcz w fazie wodnej), ropa naftowa z domieszkami wody, kremy jadalne i
kosmetyczne, margaryny.
Najczęściej mamy do czynienia z emulsją, w której fazą rozproszoną jest ciecz organiczna np.
benzen, alkany w wodzie. Jest to typ emulsji oleju w wodzie i zapisujemy go w skrócie o/w.
Gdy dyspergujemy odwrotnie, otrzymujemy wodę w oleju, układ zapisywany jako w/o. W
procesie otrzymywania emulsji ważną rolę odgrywa różnica napięć powierzchniowych. Im
jest ona mniejsza, tym łatwiej tworzy się emulsja. Odpowiednio dodany emulgator zmniejsza
napięcie międzyfazowe tworząc monowarstwę molekularną na powierzchni kropelek
dyspergowanej cieczy.
Polimeryzacja (lub kopolimeryzacja jeśli udział biorą minimum dwa monomery) emulsyjna
polega na tym iż w takim układzie krople monomeru oraz reagujące cząsteczki zawierające
polimer i monomer są rozproszone w wodzie. Są one stabilizowane przez, wspomniane już
wcześniej emulgatory. Pod wpływem mieszania monomer tworzy kropelki emulsji tzw.
micele, chronione przez adsorbowany na powierzchni emulgator. Rozpuszczalność
większości monomerów w wodzie jest ograniczona. Dodatek emulgatora zwiększa
rozpuszczalność monomeru w wodzie nawet do 6%. Zjawisko to nazywamy solubilizacją.
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
7
Przykład działania emulgatora:
Na rysunku A. widzimy heterogeniczny, dwufazowy układ składający się z wodnego
roztworu emulgatora (przezroczysty) i metakrylanu metylu (niebieski), natomiast na rysunku
B. widzimy ten sam układ po intensywnym mieszaniu. Otrzymaliśmy homogeniczny układ
jednofazowy, dwuskładnikowy. Taki układ nazywamy emulsją. Jest to układ trwały.
Najczęściej stosowaną polimeryzacją prowadzoną w emulsji jest ta inicjowana rodnikowo.
Jako inicjatory polimeryzacji stosuje się inicjatory redoks rozpuszczalne w wodzie, są one
złożone z utleniacza (nadtlenek wodoru, nadtlenosiarczan (VI) potasu, wodoronadtlenek
kumylu) i reduktora (sole żelaza (Fe2+) lub miedzi (Cu+)).
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
8
Reakcja inicjowania polimeryzacji przez rodniki (R● = OH●, RO●, SO4●, itp.)
R● + M → RM●
Rodniki te:
- łatwo dyfundują do wnętrza miceli, inicjując wewnątrz nich polimeryzację,
- mogą inicjować polimeryzację polimeru rozpuszczonego w wodzie. Proces ten jest jednak
jest mało efektywny ze względu na bardzo małe stężenie monomeru rozpuszczonego w
wodzie.
- mogą również inicjować polimeryzację kropelek monomeru (0,1-1 mm) zdyspergowanego
w fazie wodnej. Jednakże ilość miceli obecnych w układzie jest milion razy większa od ilości
kropelek monomeru, co stanowi o nieefektywności procesu.
Polimeryzacja emulsyjna może być prowadzona w trzech odmianach. Rozróżnia się
polimeryzację:
- miniemulsyjną
- mikroemulsyjną
- makroemulsyjną
Różnice wynikają głównie z wielkości kropel rozproszonych w wyjściowej emulsji i w
końcowym lateksie.
Metoda polimeryzacji emulsyjnej jest na szeroką skalę stosowana w przemyśle i jej znaczenie
stale wzrasta. Do najważniejszych procesów realizowanych tą metodą w skali przemysłowej
zalicza się polimeryzację octanu winylu, chlorku winylu, izoprenu, estrów kwasu akrylowego
oraz kopolimeryzację butadienu ze styrenem, butadienu z akrylonitrylem styrenu z estrami
kwasu akrylowego.
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
9
Zalety:
+ znaczna szybkość reakcji,
+ duże masy cząsteczkowe produktu ( wynik dużego stężenia makrorodników, monomerów w
cząstkach i odseparowania tychże cząstek od siebie),
+ łatwy odbiór ciepła reakcji, proces egzotermiczny ( woda, rozproszenie cząstek),
+ eliminacja toksycznych i łatwo palnych rozpuszczalników,
+ możliwość automatyzacji procesu,
+ przy zastosowaniu inicjatorów redoks możliwość polimeryzacji nawet w temp. 0⁰C,
+ możliwość syntezy polimerów i kopolimerów z nierozpuszczalnych w wodzie monomerów.
Wady:
- zanieczyszczenie produktu znaczną ilością środka powierzchniowo czynnego, który trudno
jest usunąć,
- trudność w usuwaniu nieprzereagowanego monomeru i inicjatora, polimeryzacji emulsyjnej
nie stosujemy do otrzymywania polimerów o wysokim stopniu czystości.
2.5. Emulgatory.
Emulgatory to związki powierzchniowo czynne, pozwalające otrzymać trwałą emulsję
monomeru w wodzie. W typowych dla polimeryzacji emulsyjnej recepturach emulgator
stanowi 2 – 3% wagowych mieszaniny reakcyjnej. Inne ich nazwy to surfaktanty lub
detergenty.
Dzielimy je na :
- jonowo – czynne (sole kwasów tłuszczowych, alkilosulfonowych i siarczanów (VI)
alkilowych
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
10
- niejonowe (estry gliceryny i kwasów tłuszczowych)
- obojętne o dużej, rozwiniętej powierzchni ( fosforan (V) wapnia, talk, Al3O3, MgO, TiO2)
Najczęściej używanymi emulgatorami są te z grupy jonowo – czynnych. Należą one do grupy
związków amfifilowych, czyli takich, które posiadają właściwości hydrofilowe i hydrofobowe
zarazem. „Głowa” takiej cząsteczki ma właściwości hydrofilowe, zaś „ogon” hydrofobowe
mydła lub lipidu. Część hydrofobową stanowią grupy alifatyczne (8-18 atomów węgla)
ułatwiające rozpuszczalność emulgatora w monomerze, natomiast grupa hydrofilowa
posiadająca grupy polarne ( np. grupy karboksylowe) ułatwiają rozpuszczalność surfaktantu w
wodzie. Cząsteczki detergentu sorbują się na powierzchni granicznej woda – monomer,
ustawiając się w ten sposób, iż grupa hydrofilowa jest skierowana do wody, a hydrofobowa
do monomeru. Związki te rozpuszczają się w ograniczonym stopniu w wodzie, tworząc
micele.
Micele to agregaty o rozmiarach koloidalnych (2 – 3 nm), utworzony z cząsteczek detergentu.
Wnętrze miceli składa się z łańcuchów węglowodorowych. Micele składają się z 50 – 150
cząsteczek emulgatora, a liczba micel w jednym litrze mieszaniny reakcyjnej w początkowym
okresie polimeryzacji wynosi 1019 – 1021. Micele mają kształt kuli o średnicy 2-10 nm. Liczba
cząsteczek monomeru w pojedynczej miceli nie przekracza 200.
Wyróżniamy dwa rodzaje miceli:
- sferyczne, w nich część hydrofobowa detergentu jest skierowana do wewnątrz miceli, część
hydrofilowa na zewnątrz w kierunku fazy wodnej (średnica miceli wynosi 5 – 10 nm)
- płytkowe, odwrotnie niż w miceli sferycznej część hydrofobowa jest skierowana na
zewnątrz, a hydrofilowa do wewnątrz miceli (długość miceli wynosi 100 – 1000 nm)
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
11
2.6. Mechanizm rodnikowej kopolimeryzacji emulsyjnej.
Polimeryzacja emulsyjna przebiega głównie wewnątrz miceli, gdzie znajduje się tylko pewna
część cząsteczek monomeru (nie więcej niż
200), dzieje się tak, ze względu na to iż
emulgator stanowi jedynie 2- 3% wagowych mieszaniny reakcyjnej, to przed rozpoczęciem
polimeryzacji jedynie niewielka część monomeru osiąga rozdrobnienie micelarne, tworząc
emulsję. Pozostała część monomeru występuje w postaci kropel o rozmiarach od 0,1 do 1
mm. Te krople monomeru (1013 – 1014 na 1 litr mieszaniny reakcyjnej), również są
stabilizowane przez cząsteczki emulgatora.
Możemy wyróżnić trzy podstawowe etapy polimeryzacji emulsyjnej
I etap: nukleacja
II etap: propagacja
III etap: germinacja
I etap:
Jak już wcześniej wspomniano polimeryzacja emulsyjna jest inicjowana poprzez rodniki
generowane w fazie wodnej. W zależności od rozpuszczalności monomerów w fazie wodnej
możemy rozróżnić dwa typy nukleacji:
- homogeniczną ( gdy monomery są w małym stopniu rozpuszczalne w wodzie),
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
12
- micelarną ( gdy monomery nie są bardzo źle lub wcale rozpuszczalne w wodzie)
 Nukleacja homogeniczna
Rodniki są generowane w fazie wodnej. Następnie reagują z cząsteczkami monomeru
rozpuszczonego w wodzie. Proces ten ma miejsce w fazie wodnej do momentu w którym
oligomeryczne rodniki lub nieaktywne już cząsteczki polimeru osiągną takie wymiary, które
pozwolą na wytrącenie się ich z tej fazy. Taka wytrącona makrocząsteczka absorbuje
cząsteczki monomeru i cząsteczki emulgatora tworząc cząstki polimerowo-monomeryczne
(CPM)\
 Nukleacja micelarna
Polega ona na wytwarzaniu CPM w wyniku dyfuzji a) rodników lub b) oligomerycznych
rodników zawierających niewielką liczbę merów przyłączonych do nich w fazie wodne do
miceli zawierających już monomer.
II etap:
Stężenie reaktywnych CPM pozostaje stałe, ponieważ dyfuzja cząsteczek monomeru z kropli
poprzez fazę wodną jest bardzo szybka. Kiedy wyczerpuje się cały zapas cząsteczek
monomeru w miceli, dalsza reakcja przebiega w oparciu o nowe cząsteczki monomeru
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
13
dyfundujące do wnętrza miceli. Wewnątrz miceli znajduje się tylko jeden propagujący
makrorodnik do, do którego przyłączane są cząsteczki monomeru, budując w ten sposób
coraz to większą makrocząsteczkę. Wspomniana makrocząsteczka stale wzrasta, aż do
momentu rozerwania otoczki miceli.
III etap:
Kiedy już makrocząsteczka wydostanie się z pękniętej miceli do środowiska wodnego,
rekombinuje z innym makrorodnikiem. Proces polimeryzacji zostaje zakończony i polimer
ulega strąceniu. Na powierzchni straconej makrocząsteczki znajdują się zaabsorbowane
resztki z pękniętej miceli, maja one ładunek elektryczny dodatni lub ujemny, zależy on od pH
środowiska. Zapobiegają one zlepianiu się kolejnych makrocząsteczek. W ten sposób
otrzymuje się zdyspergowana zawiesinę cząstek polimeru w fazie wodnej tzw. lateks
(zdyspergowany polimer). Przeciętne rozmiary makrocząsteczek wynoszą 50 – 200 nm (
czasem nawet 1000 nm), ich masy molowe dochodzą nawet do 1 000 000.
2.7. Monomery
Metakrylan metylu jest cieczą stosunkowo mało toksyczną, o dość przyjemnym zapachu
obie te cechy są bardzo korzystne dla użytku przemysłowego. Okazało się, że pary met
akrylanu metylu są mniej toksyczne dla myszy niż pary octanu etylu. Metakrylan metylu daje
się mieszać z większością najczęściej stosowanych rozpuszczalników organicznych. Jest
słabo rozpuszczalny w glicerynie i glikolu etylenowym, monomer łatwo rozpuszcza polimery
metakrylanu metylu z wyjątkiem takich które posiadają wiązania poprzeczne lub są w bardzo
wysokim stopniu spolimeryzowane. Metakrylan metylu ulega łatwo hydrolizie przy
ogrzewaniu z alkaliami dając sól alkaliczną kwasu metakrylowego. Monomer łatwo przyłącza
chlorowce ilościowo i daje próby jakościowe na ester.
Metakrylan metylu i akrylan metylu można łatwo kopolimeryzować z większością innych
monomerów. Przypadki, w których nie udaje się otrzymać kopolimeru z jakimkolwiek
monomerem, jeśli w ogóle występują, są bardzo rzadkie. Akrylany i metakrylany również
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
14
łatwo kopolimeryzują ze sobą, przy czym wyjątek stanowią monomery o bardzo długich
rodnikach alkoholowych, które niełatwo tworzą cząsteczki kopolimerów.
Styren w warunkach normalnych jest bezbarwną lub lekko żółtawą cieczą o słabym,
charakterystycznym, nieprzyjemnym zapachu. Styren łatwo i szybko ulega polimeryzacji,
nawet pod wpływem promieni słonecznych lub niezbyt intensywnego ogrzewania, tworząc
polistyren. Łatwo polimeryzuje z butadienem, akrylonitrylem, estrami kwasów organicznych
(np. akrylowego i metakrylowego), tworząc kopolimery. Wchodzi w gwałtowne reakcje z
silnymi utleniaczami. Bardzo trudno rozpuszcza się w wodzie, natomiast miesza się z
etanolem i eterem dietylowym.
Kopolimery styrenu stanowią liczną grupę tworzyw, do której zaliczają się np. SAN, ASA,
SBS. Ogólnie można je podzielić na trzy podgrupy: termoplastyczne tworzywa
konstrukcyjne, elastomery termoplastyczne i kauczuki. Kopolimery styrenu, to przede
wszystkim konstrukcyjne tworzywa termoplastyczne. Najważniejszymi w tej grupie są
kopolimery ABS (akrylonitryl/butadien/styren) i SAN (styren/akrylonitryl). Znane są również
kopolimery z innymi monomerami, takimi jak metakrylan metylu i bezwodnik maleinowy.
Swoje miejsce na rynku znalazły także blendy kopolimerów styrenu z innymi termoplastami,
spośród których najbardziej znane są blendy ABS z poliwęglanem i poliamidem.
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
15
3. PRZEBIEG ĆWICZENIA (Procedure)
Przeprowadzony zostanie proces kopolimeryzacji metakrylanu metylu i styrenu.
Aby określić skuteczność procesu syntezy należy będzie oznaczyć wydajność
procesu
kopolimeryzacji, do wyznaczenia tej wielkości potrzebować będziemy końcowego stężenia naszego
produktu ( kopolimeru) po przeprowadzonej syntezie.
3.1. Synteza kopolimeru.
i. Aparatura.
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
16
1. Kolba trójszyjna
2. Termometr
3. Chłodnica zwrotna
4. Łaźnia wodna
5. Mieszadło magnetyczne (dipol)
6. Termopara
ii. Substraty.
1. Emulgator – 1,2 g
2. Woda destylowana – 90 ml
3. Metakrylan metylu – 15 g (16 ml)
4. Styren – 15 g (16,5 ml)
5. Nadsiarczan potasu – 0,08 g
6. Nasycony roztwór NaCl
7. Wodny roztwór NH4OH
iii. Opis ćwiczenia.
1. Rozpuszczamy osobno emulgator i inicjator w niewielkich ilościach wody destylowanej.
2. Do kolby trój szyjnej o pojemności 250 cm3, zaopatrzonej w mieszadło termometr i chłodnicę
zwrotną dodajemy wodny roztwór emulgatora oraz resztę wody destylowanej.
3.
Do kolby wlewamy metakrylan metylu oraz styren i intensywnie mieszamy, aż do powstania
stabilnej emulsji.
4. Do kolby wlewamy wodny roztwór inicjatora oraz około 3 cm3 wodnego roztworu NH4OH.
5. Reakcję prowadzimy przez 1 h w temperaturze 90°C.
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
17
6. Po 1 h pobieramy próbkę lateksu, około 5 cm3.
7. W celu oceny postępu reakcji należy skoagulować pobraną próbkę tj. dodajemy około 2 cm 3
nasyconego roztworu NaCl.
8. Po wytrąceniu się polimeru, zakańczamy syntezę, chłodzimy kolbę.
9. Ważymy kolbę wraz z zawartością oraz pustą kolbę. Z różnicy tych wartości otrzymamy masę
lateksu ML.
3.2. Oznaczenie wydajności procesu kopolimeryzacji.
i. Wyznaczenie stężenia kopolimeru.
1. Ważymy dwa naczynka wagowe i umieszczamy w każdym z nich po około 1 cm3 emulsji
kopolimeru.
2. Próbki suszymy w temperaturze 105°C do otrzymania stałej masy.
3. Obliczamy stężenie kopolimeru dla każdej z próbek według wzoru:
C
Mo Mn
 100 %
MP
Gdzie:
Mo – masa naczynka z osadem
Mn – masa pustego naczynka
MP – masa początkowa emulsji kopolimeru
4. Obliczmy średnią arytmetyczną z obydwóch wyników, stanowi ona nasz końcowy wynik.
ii. Obliczenie wydajności kopolimeryzacji.
1. Obliczamy wydajność kopolimeryzacji według wzoru:
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
18
Gdzie:
C – stężenie kopolimeru
ML – masa lateksu
MMMA – masa met akrylanu metylu (d = 0,936 g/ml)
MS – masa styrenu (d = 0,909 g/ml)
4. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA (Report)
Wstęp teoretyczny
Cel ćwiczenia
Opis przeprowadzonych doświadczeń wraz z obserwacjami.
Schemat aparatury w której przeprowadzono kopolimeryzację.
Obliczenie stężenia kopolimeru oraz wydajności kopolimeryzacji
Wnioski
5. LITERATURA (References)
[1] Polimery winylowe ; C. E. Schildknecht; PWT, Warszawa 1956
[2] Chemia polimerów Tom I; praca zbiorowa Z. Florjańczyk, S. Penczek;WPW, Warszawa 1995
[3] Chemia polimerów Tom II; praca zbiorowa Z. Florjańczyk, S. Penczek;WPW, Warszawa 1995
[4] Współczesna wiedza o polimerach; J.F Rabek; PWN, Warszawa, 2008
6. PRZYKŁADOWE PYTANIA SPRAWDZAJĄCE (Problems)
Podać definicję kopolimeru oraz wymienić typy kopolimerów.
Omówić mechanizm kopolimeryzacji emulsyjnej.
Podać wzory strukturalne styrenu, akrylonitrylu, kwasu akrylowego, akrylanu metylu,
akrylanu etylu, metakrylanu metylu oraz ich polimerów.
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
19
7.
EFEKTY KSZTAŁCENIA (Learning outcomes)
a. Co student powinien wiedzieć
Na czym polega kopolimeryzacja emulsyjna, jej zalety oraz wady
Podział kopolimerów oraz umieć określić na podstawie współczynników
reaktywności komonomerów jaki typ kopolimeru można z nich otrzymać
Struktury chemiczne podstawowych polimerów winylowych
b. Co student powinien umieć
Przeprowadzić syntezę kopolimeru w emulsji
Wyznaczyć wydajność procesu kopolimeryzacji
8.
TELEFONY ALARMOWE (Emergency numbers)
Pogotowie ratunkowe: 999
Straż pożarna: 998
Policja: 997
Straż miejska: 986
Pogotowie ciepłownicze: 993
Pogotowie energetyczne: 991
Pogotowie gazowe:992
Pogotowie wodociągowe:994
Numer alarmowy z telefonu komórkowego: 112
Laboratorium pt „Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9
20