close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Lab rab 4

код для вставкиСкачать
 Лабораторная работа № 4
ИЗУЧЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-МАССОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛИСТИРОЛА
Цель работы: изучить основные способы построения кривых молекулярно-массового распределения высокомолекулярных соединений, ознакомиться с методами фракционирования полимеров: дробного осаждения и дробного растворения, научиться рассчитывать усредненные молекулярные массы полимеров и строить кривые молекулярно-массового распределения ВМС.
Оборудование и приборы: вискозиметр Уббелоде, ультратермостат жидкостной, термостат для вискозиметра, секундомер, лабораторный штатив с зажимами.
Материалы и реактивы: гранулы полистирола, ацетон, метиловый спирт.
Предварительная подготовка
1. Изучить существующие способы построения кривых молекулярно-массового распределения полимеров по литературе:
1. Практикум по высокомолекулярным соединениям / под ред. В.А. Кабанова. - М.: Химия, 1985. - 223 с.
2. Практикум по химии и физике полимеров. - М.: Химия, 1977.
3. Лазарев С.Я. Лабораторный практикум по синтетическим каучукам: учебное пособие для вузов / С. Я. Лазарев, В. О. Рейсфельд, Л. Н. Еркова. - Л.: Химия, 1986. - 224 с.
4. Энциклопедия полимеров в трех томах. - М.: Советская энциклопедия, 1972. - т. 1, 1224 с.; т. 2, 1032 с.; т. 3, 1150 с.
2. Ознакомиться с применяемым оборудованием и приборами.
Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с инструкцией по охране труда и технике безопасности при работе с ультратермостатом и вискозиметром Уббелоде.
2. Приготовить растворы фракций полимера методом дробного растворения (осаждения).
3. Определить время истечения через капилляр вискозиметра чистого растворителя и растворов полимера.
4. Рассчитать молекулярные массы фракций и заполнить таблицу результатов. 5. Рассчитать среднечисловую и среднемассовую молекулярную массу образцов полимера и определить характер ММР.
6. Построить кривые молекулярно-массового распределения полимера и дать оценку полученных кривых.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Для построения ММР необходимо провести фракционирование полимера одним из существующих способов: дробным растворением или дробным осаждением. При дробном растворении навеска полимера растворяется в строго определенном объеме растворителя. Не растворившаяся часть полимера отфильтровывается и повторно растворяется в таком же объеме чистого растворителя. И так до тех пор, пока вся навеска полимера полностью не растворится в растворителе. При дробном осаждении навеска полимера полностью растворяется в большом количестве растворителя. Затем к полученному раствору добавляется строго определенный объем осадителя. Выпавший в осадок полимер отфильтровывается, а к оставшемуся раствору добавляется новая порция осадителя. И так до тех пор, пока весь полимер не будет осажден из раствора. Эффективное фракционирование полимера можно проводить лишь из разбавленных растворов. Полученные растворы фракций и фракции полимера анализируются, определяется молекулярная масса полимера одним из существующих методов. Рассчитываются среднечисловая и среднемассовая молекулярные массы полимера по формулам: где vi - числовая и wi массовая доли фракции макромолекул i-гo вида с молекулярной массой, равной Мi; N - число фракций. В лабораторной работе будет использоваться вискозиметрический метод определения молекулярной массы полимера. (Определение молекулярной массы полимера вискозиметрическим методом см. лабораторная работа № 1).
Построение кривых молекулярно-массового распределения ПВХ
1. Построение интегральной кривой распределения по молекулярным массам
Для построения интегральной кривой распределения по молекулярным массам определяют массы фракций и их средние молекулярные массы. Строят кривую зависимости суммарной массы всех фракций от молекулярной массы. Диаграмму распределения по молекулярным массам в виде непрерывной кривой R = f(M), где R = или R =. - относительная числовая или массовая доля макромолекул экспериментальных данных. - относительная числовая или массовая доля макромолекул "исправленных" данных. Диаграмму распределения можно построить лишь в тех случаях, когда охватывается достаточно широкий диапазон молекулярных масс. Обычно такая кривая имеет S-образную форму. Если в результате фракционирования было выделено i фракций, то числовая или массовая доля макромолекул в полимере составит: a1 + а2 + а3 + ... + ai = 1, т.е.
, где ai - числовая или массовая доля макромолекул в полимере.
Это обстоятельство позволяет допустить построение интегральной кривой по числу точек, равному числу фракций. Обычно применяют два метода построения интегральных кривых ММР - по экспериментальным точкам и по способу "средних точек". Построение интегральной кривой ММР по экспериментальным точкам. Предположим, что при фракционировании поливинилхлорида из 1%-го раствора в ацетоне осаждением метиловым спиртом получены следующие фракции: i12345678910аi, %3109127181181210Mi·1040,61,22,53,33,94,65,05,46,27,5 Строим график зависимости от Mi (рис. 1.), где = 3
и т. д.
i12345678910, %31322344159707890100Mi·1040,61,22,53,33,94,65,05,46,27,5 Построение начинаем с фракции с меньшей молекулярной массой.
Рис. 1. Интегральные кривые молекулярно-массового распределения:
кривая 1 - по экспериментальным точкам; кривая 2 - через "середины ординат".
Способ "средних точек" ("середины ординат") основан на довольно грубом допущении, что каждая фракция полимера содержит молекулы с молекулярной массой как большей, чем средняя молекулярная масса предыдущей фракции, так и с меньшей. Интегральная кривая может быть построена графическим и аналитическим способом. Графический способ построения кривой 2. Для нахождения точек кривой 2 необходимо на кривой 1 соединить экспериментальные точки отрезками, которые будут являться правой диагональю прямоугольника, построенного на этих отрезках. Середина правой стороны прямоугольника, параллельной ординате, является искомой точкой. Полученные точки соединяются плавной кривой. Аналитический способ построения кривой 2. Ординаты средних точек при таком способе рассчитывают по формуле где - "исправленная" массовая доля i-й фракции; - сумма массовых долей всех предыдущих фракций.
Построение интегральной кривой молекулярно-массового распределения, с учетом "исправленной" массовой доли i-й фракции. Для данного примера значения "исправленной" массовой доли равны:
и т. д. i12345678910, %1,5817,52837,55064,5748495Mi·1040,61,22,53,33,94,65,05,46,27,5 2. Построение дифференциальной кривой распределения по молекулярным массам
Интегральная кривая ММР не дает наглядного представления о распределении полимерных молекул по длине. Этого недостатка лишена дифференциальная кривая ММР. Наилучший способ ее построения - метод графического дифференцирования (несмотря на то, что даже в случае получения очень большого числа фракций данные фракционирования являются приближенными). Метод графического дифференцирования состоит в следующем. Из выбранных для дифференцирования точек на интегральной кривой опускают перпендикуляры на ось абсцисс и через каждую точку проводят прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с перпендикуляром следующей точки. Отношение величины отрезка ординаты к величине отрезка абсциссы, образующих стороны каждого из полученных треугольников, умноженное на масштаб, дает значение Δa/ΔM (рис. 2). Данные заносят в таблицу 1.
Для превращения экспериментальной ступенчатой диаграммы дифференциального распределения в непрерывную кривую R = da/dM = f(M) предполагается, что распределение описывается непрерывной функцией. При графическом дифференцировании получается непрерывная кривая "идеального фракционирования". Следует учитывать, что экспериментальные ошибки, проявляющиеся в разбросе точек на интегральной кривой, становятся более заметными в процессе дифференцирования. Однако практически существенны только основные характеристики дифференциальной кривой: база и положение пика (или пиков). Рассмотрим два крайних случая (рис 3.). Когда полимер состоит из макромолекул равной длины, дифференциальная кривая "вырождается" в прямую, параллельную оси R. При максимальной же полидисперсности образца полимера площадь, отсекаемая кривой R = f(M), имеет форму прямоугольника. Отсутствие разрывов на кривых R = f(M) означает, что в системе имеются все фракции с молекулярной массой до Ма включительно (рис. 2.).
Рис. 2. Интегральная () и дифференциальная () кривые молекулярно-массового распределения. Интегральная кривая построена по экспериментальным точкам.
Рис. 3. Схема распределения по молекулярным массам монодисперсного (а) и максимально полидисперсного (б) полимеров
При наличии экстремумов на дифференциальной кривой ММР система приближается к первому крайнему случаю - к максимальной однородности. Наоборот, выпрямление кривой, наличие участков, приближающихся к параллельным относительно оси М, соответствует увеличению степени полидисперсности. Во всех случаях площадь под интегральной кривой соответствует М100, а под дифференциальной кривой - 100, если массовая или числовая доля макромолекул во фракции аi выражена в % от взятой навески. Экспериментальные данные для построения интегральной и дифференциальной кривых ММР вносят в таблицу 1.
Таблица 1.
Данные для построения массовой интегральной и дифференциальной кривых ММР № фрак-цийМолеку-лярная массаЧисло макро-молекулМасса фракцийМассовая доля фракцийИнтегральная массовая доля фракцийДифференциальная массовая доля фракций1М1N1m1= М1N1a1=m1/Σ mi
где i от 1 до 10W1 = a1dW1/dM12М2N2m2= М2N2a2=m2/Σ mi где i от 1 до 10W2= a1+ a2dW2/dM2iМiNimi= МiNiai=mi/Σ mi где i от 1 до 10Wi=Σ aidWi/dMi Таблица 2.
Данные для построения числовой интегральной и дифференциальной кривых ММР
№ фрак-цийМолеку-лярная массаЧисло макро-молекулМасса фракцийЧисловая доля фракцийИнтегральная числовая доля фракцийДифференциальная числовая доля фракций1М1N1m1= М1N1a1=N1/Σ Ni
где i от 1 до 10W1 = a1dW1/dN12М2N2m2= М2N2a2=N2/Σ Ni где i от 1 до 10W2= a1+ a2dW2/dN2iМiNimi= МiNiai=Ni/Σ Ni где i от 1 до 10Wi=Σ aidWi/dNi Затем определяют массовую долю каждой фракции ai и далее определяют интегральную массовую долю фракций суммированием всех долей фракций, начиная с наименьшей по ММ фракции. Расчётные данные вносят в табл. 1.
По данным табл. 1 строят интегральную кривую ММР в координатах Wi=f(М) и дифференциальную кривую ММР в координатах dWi/dMi=f(М).
Задания для построения кривых
Имеется два образца полимера А и Б. Число макромолекул и молекулярные массы макромолекул образца А и Б приведены в таблице 3. Рассчитать среднечисловую и среднемассовую молекулярную массу полимера и определить характер ММР в каждом образце. Построить интегральные и дифференциальные кривые массового и числового ММР образцов полимеров.
Таблица 3
Экспериментальные данные
Номер фракцииОбразец АОбразец БЧисло макро-молекул (N)Молекулярная масса (М)Число макро-молекул (N)Молекулярная масса (М)12345678910 Контрольные вопросы
1. Дайте определение среднечисловой и среднемассовой молекулярной массы полимеров.
2. Что характеризует молекулярно-массовое распределение полимеров.
3. Сущность фракционирования полимеров.
4. Что характеризует интегральная и дифференциальная кривая ММР.
5. Охарактеризуйте способы построения кривых ММР.
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
154
Размер файла
537 Кб
Теги
lab, rab
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа