АНАЛИЗ ОТДЕЛЬНЫХ ВИДОВ ПОЛИМЕРОВ, СИНТЕТИЧЕСКИХ СМОЛ И ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ПОЛИМЕРОВ

Молекулярная масса — одна из их основных характеристик линейных полимеров, являющихся смесью полимергомологов. Они неоднородны по молекулярной массе, поэтому для харак­теристики полимера определяют его среднюю молекулярнуюмассу.

Классические методы определения молекулярной массы полимеров — химический, эбуллиоскопический, осмометрическийи др.  — требуют специального оборудования и весьма трудоемки. В практике распространен вискозиметрический метод определения молекулярной массы полимера как наиболее быстрый и достаточно точный. Вискозиметрический метод основан на уравнении Марка — Куна — Хаувинка:

Где [ƞ]— характеристическая вязкость, представляющая собой отношение удельной вязкостиƞ_уд к концентрации раствора исследуемого полимера в случае его бесконечно большого разбавления;

K и α — константы для системы полимер- растворитель при данной температуре (табл. 9).

Для нахождения характеристической вязкости готовят растворы полимеров нескольких концентраций и определяют их вязкость. По полученным данным строят график зависимости. По оси абсцисс откладывают концентрацию полимера с в маc. долях, %, по оси ординат — отношение удельной вязкости к концентрации ƞ_уд/с.Через нанесенные точки проводится прямая bс (рис. 47), которая экстрапо­лируется до нулевой концентрации (точка а).

Значение ƞ_уд/с в точкеа соответствует характеристической вязкости исследуемого полимера.

Определение характеристической вязкости этим методом довольно трудоемко и требует много времени, так как необходимо измерить вязкость растворов не менее пяти различных концентраций, после каждого измерения тщательно промыть и просушить вискозиметр.

Характеристическую вязкость можно также определить измерением относительной вязкости при одной концентрации (одноточечный метод) по формуле

гдеγ— константа при данной температуре для системы полимер — растворитель, не зависящая от молекулярной массы.

Определение молекулярной массы полиметилметакрилата.Вязкость раствора полиметилметакрилата в бензоле определяют с помощью капиллярного вискозиметра ВПЖ-4 (см. рис. 14). Вискозиметр имеет две кольцевые метки — верх­нюю и нижнюю, по которым наблюдают начало и конец истечения жидкости. Для измерения времени истечения применяют секундомер с ценой деления 1/10 с·Н.

Сосудом для термостата может служить большой стеклянный стакан, заполненный водой нужной температуры. Температуру в термостате контролируют при помощи ртутного термометра с ценой деления 0,1°.

Реактивы и оборудование

Бензол (для криоскопии)                  Вискозиметр ВПЖ-4

Термостат с терморегулятором Секундомер

Бюкс для взятия навески

Колба мерная на 50 мл

Пипетка на 10 мл

Ход определения. Навеску полиметилметакрилата ~0,25 г, взятую с точностью до 0,0002 г, помещают в мерную колбу емкостью 50 мл, добавляют 25 мл чистого бензола (для криоскопии) и оставляют до полного растворения образца. После растворения полимера содержимое колбы доводят до 50 мл бензолом и тщательно перемешивают. Затем производят измерение времени истечения растворителя и раствора при температуре 25°С.

В термостате при температуре 25°С вискозиметр укрепляют вертикально, так чтобы верхняя метка находилась под водой. В широкую трубку наливают пипеткой 10 мл бензола и выдерживают 15 мин, чтобы он принял температуру термостата. Пос­ле этого при помощи резиновой груши засасывают бензол в узкую трубку вискозиметра, так чтобы мениск бензола был выше верхней метки, и дают ему свободно вытекать под дей­ствием собственной массы. Включив секундомер в момент про­хождения бензола через верхнюю метку и выключив его в мо­мент прохождения через нижнюю метку, измеряют время Ʈ₁ истечения бензола от верхней до нижней метки.

Такие измерения повторяют не менее трех раз. Расхождение между двумя определениями не должно превышать 0,2 с. Для расчета берут среднее значение трех измерений.

Вискозиметр вынимают из термостата, выливают бензол, просушивают, охлаждают до комнатной температуры, закрепля­ют вертикально в термостате при температуре 25°С, заливают 10 мл приготовленного раствора и измеряют время истечения Т2 по описанному выше методу.

Из полученных данных — времени истечения бензола Ʈ₁ и раствора Ʈ₂— вычисляют относительную и удельную вязкость:

Значение lnƞнаходят по таблице натуральных логарифмов. Для раствора полиметилметакрилата в бензоле при 25°С γ=3,66. Полученные данные подставляют в расчетную формулу и вычисляют характеристическую вязкость, а затем молекуляр­ную массу.

ПОЛИОЛЕФИНЫ

Полиолефины представляют собой продукты полимеризации непредельных углеводородов. К полиолефинам относят полиэти­лен, полипропилен, поли-4-метилпентен-1 и др. Полиэтилен в промышленности получают полимеризацией этилена тремя основными способами — при высоком, среднем и низком давлении. Полученный разными способами полиэтилен различается по плотности, молекулярной массе, степени кри­сталличности, разветвленности макромолекул.

Полиэтилен высокого давления (ГОСТ 16337—77) получают при давлении 100—350 МПа в присутствии инициаторов и вы­пускают в виде различных базовых марок. Его называют поли­этиленом низкой плотности.

Полиэтилен низкого давления (ГОСТ 16338—85) получают при давлении 0,35 МПа на комплексных металлорганических катализаторах. Полиэтилен, полученный при низком давлении, называют полиэтиленом высокой плотности. Базовые марки по­лиэтилена производят высшей и первой категории качества.

Полипропилен (ТУ 6-05-1105—73) получают полимеризаци­ей пропилена в присутствии металлорганических катализаторов. Полипропилен отличается более высокой теплостойкостью, хи­мической стойкостью, водостойкостью чем полиэтилен. Основ­ные показатели базовых марок полиэтилена и полипропилена приведены в ГОСТе и ТУ. В лаборатории технического анализа рекомендуется исследовать полиолефины по следующим пока­зателям: плотность, показатель текучести расплава, массовая доля летучих веществ, предел текучести при растяжении, проч­ность при разрыве и диэлектрические показатели.

ПОЛИСТИРОЛЫ

Полистирол — продукт полимеризации стирола. В промыш­ленности его полимеризацию осуществляют в массе (блочным), эмульсионным и суспензионным методами. Обладает высокими диэлектрическими свойствами, химически стоек и абсолютно во­достоек. Отличается высокой радиационной стойкостью и вы­соким коэффициентом преломления. Недостаток полистирола — хрупкость, низкая теплостойкость и ударная вязкость. Для уст­ранения этих недостатков на основе полистирола выпускают различные сополимеры.

Полистирол общего назначения (ГОСТ 20282—86) выпуска­ют следующих марок: суспензионный — ПСС; блочный — ПСМ; эмульсионный ПСЭ-2 и ПСЭ-1 (для получения пенопластов).

Полистирол ударопрочный (ОСТ 6-05-406—75) — продукт со-полимеризации стирола с каучуком. В зависимости от назначе­ния, способа получения и значения ударной вязкости выпуска­ют три группы марок: высокой, средней и низкой ударопрочности.

Акрилонитрилбутадиенстирольные пластики — АБС-пластики (ТУ 6-05-1587—74) получают сополимеризацией стирола и акрилонитрила в присутствии бутадиенового каучука. Пластики отличаются высокими прочностными свойствами, теплостойко­стью, химической стойкостью. Выпускают четыре группы ма­рок АБС-пластика: средней, повышенной и высокой ударной вязкости и группа повышенной теплостойкости.

Основные показатели полистирола и его сополимеров при­ведены в соответствующей нормативной документации. Реко­мендуемые показатели для анализа полистиролов в курсе тех­нического анализа: массовая доля остаточного мономера, по­казатель текучести расплава, прочность при растяжении, тем­пература размягчения по Вика и диэлектрические показатели.