Chemia i technologia radiacyjna polimerów

Ćwiczenie nr 3 - Polimeryzacja radiacyjna

Przystępując do zajęć student powinien być zaznajomiony z następującymi zagadnieniami: polimeryzacja, typy polimeryzacji, polimeryzacja radiacyjna, rodzaje polimeryzacji radiacyjnej, zalety polimeryzacji radiacyjnej, rodzaje reakcji zachodzących podczas napromieniania polimerów, winylopirolidon (ćwiczenia 9.12.2011.), DMAEMA metakrylan dimetyloaminoetylu (ćwiczenia 16.12.2011.), wydajność radiacyjna, współczynnik ekstynkcji, prawo Lamberta-Beera.

Odczynniki:

Woda oczyszczona (około 3 l), wskazany przez prowadzącego monomer destylowany: min. 25 ml, podtlenek azotu, pirogalol

Sprzęt:

Kolbki miarowe: 25 ml (5 szt.), 100 ml (5 szt.), 500ml (2 szt.)

Zlewki 100-200 ml (5 szt.)

Ampułki 10 ml (12 szt.)

Pipety 10 ml (2 szt.), 2 ml (1 szt.), 1 ml (1 szt.) + tłoczki lub gruszki do pipet

Pipety

Pipeta automatyczna na 10-100 mikrolitrów

Parafilm, ręczniki papierowe, nożyczki, pisak do szkła

Igły do nasycania roztworów w ampułkach (6 szt.)

Spektrofotometr z parą kuwet kwarcowych

Wykonanie ćwiczenia i opracowanie wyników

WYKONUJE Gr. 2 dnia 16.12.2011.

Doświadczenie 1. Wpływ stężenia monomeru na przebieg polimeryzacji.

W kolbce o pojemności 100 ml przygotuj 1 % (v/v) roztwór monomeru: DMAEMA metakrylan dimetyloaminoetylu.

W kolbkach miarowych o pojemności 25 ml przygotuj wodne roztwory monomeru o stężeniach (objętościowych) : 50 %, 15 %, 5 % i 0.3%. Przygotuj układ do nasycania próbek podtlenkiem azotu.

Do 6 ampułek odmierz po 10 ml : czystego monomeru i jego roztworów o stężeniach 50 %, 15 %, 5 %, 1 % i 0.3 %. Przez 30 minut nasycaj próbki podtlenkiem azotu. Zamknij szczelnie ampułki za pomocą Parafilmu. Wykonaj napromienianie w słupie bomby o znanej mocy dawki. Czas napromieniania : 80 minut.

Przygotuj do pracy spektrofotometr. Ustaw zakres długości fal 190 - 300 nm i zarejestruj widmo rozcieńczonego roztworu monomeru. Na podstawie widma wybierz analityczną długość fali.

Dla każdej pary próbek o tym samym stężeniu (próbka nienapromieniona i napromieniona) wykonaj rozcieńczenia w ten sam sposób (instrukcja poniżej). Zmierz absorbancję rozcieńczonych roztworów.

Na podstawie zmierzonych absorbancji dla nienapromienionych próbek oraz stężeń monomeru oblicz molowy współczynnik ekstynkcji monomeru dla wybranej analitycznej długości fali.

Dla każdego stężenia oblicz:

1. Początkowe i końcowe (po napromienieniu) stężenie monomeru (w nierozcieńczonych próbkach).

2. Stopień przemiany monomeru w polimer (jaka część początkowej ilości monomeru uległa polimeryzacji).

3. Wydajność radiacyjną polimeryzacji (zaniku monomeru).

4. Średni stopień polimeryzacji dla próbek zawierających wodę (przyjmij, że wydajność inicjowania wynosi 6 × 10^-7 mol/J).

Narysuj wykresy zależności 1. wydajności radiacyjnej, 2. stopnia przemiany, 3. stopnia polimeryzacji od stężenia polimeru, inne pomocne wykresy. Przedstaw interpretację uzyskanych wyników.

WYKONUJE Gr. 1 dnia 9.12.2011.

Doświadczenie 2. Przebieg reakcji polimeryzacji.

W kolbce o pojemności 100 ml przygotuj 1 % (v/v) roztwór monomeru: winylopirolidon. Przygotuj układ do nasycania próbek podtlenkiem azotu.

Do 5 ampułek odmierz po 10 ml roztworu monomeru o stężeniu 1 %. Przez 30 minut nasycaj próbki podtlenkiem azotu. Zamknij szczelnie ampułki za pomocą Parafilmu. Wykonaj napromienianie w słupie bomby o znanej mocy dawki dla czasów: 20, 40, 60, 80, 100, 120 min.

Przygotuj do pracy spektrofotometr. Ustaw zakres długości fal 190 - 300 nm i zarejestruj widmo rozcieńczonego roztworu monomeru. Na podstawie widma wybierz analityczną długość fali.

Przygotuj rozcieńczenia (patrz instrukcja poniżej) i zmierz absorbancję rozcieńczonych próbek.

Na podstawie zmierzonych absorbancji dla nienapromienionych próbek oraz stężeń monomeru oblicz molowy współczynnik ekstynkcji monomeru dla wybranej analitycznej długości fali.

Oblicz stopień przemiany monomeru w polimer (jaka część początkowej ilości monomeru uległa polimeryzacji) dla każdej próbki.

Narysuj wykresy: 1. zmiany absorbancji w zależności od czasu napromieniania i dawki, 2. zależności stopnia przemiany od dawki, 3. stopnia polimeryzacji od dawki, inne pomocne wykresy. Skomentuj przebieg uzyskanych zależności i przedstaw interpretację uzyskanych wyników.

Instrukcja do rozcieńczania roztworów do pomiarów spektrofotometrycznych

Końcowe stężenie: 50 mikromoli/litr, co dla monomeru o M około 100 g/mol w przybliżeniu odpowiada 5 mg/l lub 0.0005% - ZAPYTAĆ PROWADZĄCEGO!!

Roztwór 0.3 % należy rozcieńczyć 600 razy, ew. 500 razy. Np. 200 mikrolitrów do kolby 100 ml.

Roztwór 1 % należy rozcieńczyć 2000 razy. Np. 50 mikrolitrów do kolby 100 ml

Roztwór 5 % należy rozcieńczyć 10000 razy. Np. 1 ml do 100 ml i stąd 1 ml do 100 ml

Roztwór 15 % należy rozcieńczyć 30000 razy, ew. 25000 razy. Np. 1 ml do 100 ml i stąd 0.4 ml do 100 ml

Roztwór 50 % należy rozcieńczyć 100000 razy. Np. 1 ml do 100 ml i stąd 100 mikrolitrów do 100 ml

Czysty monomer należy rozcieńczyć 200000 razy. Np. 1 ml do 100 ml i stąd 50 mikrolitrów do 100 ml.

Sprawozdanie - opracowanie wyników

Wstęp: polimeryzacja, typy polimeryzacji, polimeryzacja radiacyjna, rodzaje polimeryzacji radiacyjnej, zalety polimeryzacji radiacyjnej, rodzaje reakcji zachodzących podczas napromieniania polimerów (podać też przykłady), winylopirolidon (cwieczenia 9.12.2011.), DMAEMA metakrylan dimetyloaminoetylu (cwieczenia 16.12.2011.).

W sprawozdaniu należy korzystać z następujących teminów:

- wydajność radiacyjna zaniku monomeru:
, gdzie: D - dawka [J/kg = Gy], Δc - różnica stężeń [mol/dm³]: Δc = c₁ -c₀ , G- wydajność, gęstość roztworu 0,998 g/cm³.

- współczynnik ekstynkcji, prawo Lamberta-Beera:
.

- stopień przemiany monomeru w polimer, czyli ilość monomeru, która przereagowała
do ilości która była na początku
:
, gdzie:
- początkowe stężenie monomeru, c - stężenie po napromienieniu

- wydajność radiacyjna polimeryzacji

- stopień polimeryzacji dla próbek zawierających wodę przyjmując wydajność inicjowania jako 6·10^-7 mol/J.

Zamieścić tabele, obliczenia, wykresy, wnioski wg instrukcji w ww. opisach.

3

---