Katowice, 19.03.2015 r.

Sprawozdanie z zajęć laboratoryjnych – ćwiczenie 1

Część 1: Polimeryzacja rodnikowa metakrylanu metylu w masie, w różnych temperaturach.

1. Wstęp teoretyczny:

Polimeryzacja metakrylanu metylu przebiega według mechanizmu wolnorodnikowego, który składa
się z 3 etapów:

1. Inicjacja – do mieszaniny reakcyjnej dodaje się inicjator, w celu aktywacji monomeru (M).

Inicjator, którym jest AIBN (2,2' – azoizobutyronitryl), rozpada się pod wpływem
temperatury na rodniki izobutylonitroksylowe (R●). Powstały rodnik przyłącza się do
monomeru tworząc rodnik inicjujący:
R● + M → RM●
Szybkość inicjacji zależy od reaktywności monomeru.

2. Propagacja (wzrost łańcucha) – jest to etap polegający na powtarzalnym przyłączaniu się

(addycji) kolejnych cząsteczek monomeru do rosnącego makrorodnika:
RM● + M → RM

2

● (makrorodnik)

RM

2

● + M → RM

3

●

RM

3

● + M → RM

4

●

Na wzrost łańcucha mają wpływ: reaktywność monomeru, reaktywność rodnika i lepkość
mieszaniny polimeryzującej (im większa lepkość tym trudniej zachodzi polimeryzacja).

3. Zakończenie łańcucha – może przebiegać na drodze rekombinacji (połączenie się 2

makrorodników lub makrorodnika i rodnika), dysproporcjonowania makrorodnika
(przeniesienie atomu wodoru między 2 makrorodnikami, tworzy się 1 związek nasycony i 1
związek nienasycony) lub przeniesienia aktywności łańcucha (jest to międzycząsteczkowa
reakcja, propagujący makrorodnik odczepia atom H od innej cząsteczki np. monomeru lub
rozpuszczalnika). Proces zakończenia łańcucha zależy od: temperatury, ciśnienia, lepkości
środowiska, rodzaju rozpuszczalnika.

2. Opis przeprowadzonego doświadczenia i obserwacje:

Polimeryzację metakrylanu metylu przeprowadzono w 2 temperaturach – 70 i 90 °C. Mieszanina
reakcyjna za każdym razem została przygotowana tak samo. Do każdej z 2 probówek dodano po
0,01g AIBN i 1 ml metakrylanu metylu, a następnie umieszczono je w osobnych łaźniach wodnych
o różnych temperaturach. Reakcję prowadziło się przez 2 h od czasu, gdy temperatura wewnątrz
probówki osiągnęła zadaną wartość. W miarę upływu czasu lepkość obu mieszanin reakcyjnych
wzrastała. Po 2 h wyłączono grzanie i rozpuszczono każdy z polimerów w 5 ml THF, następnie
wytrącono je metanolem (bezbarwny roztwór przybrał białe zabarwienie), odsączono i kilka razy
przemyto na sączku ponownie metanolem. Przemywa się na sączku po to, aby oczyścić polimer
oraz usunąć nieprzereagowany monomer i inicjator. Otrzymany polimer pozostawiono do
wysuszenia.

Część 2: Określenie lepkości zredukowanej polimetakrylanu metylu metodą wiskozymetryczną.

Pomiaru lepkości polegał na porównaniu czasów przepływu przez kapilarę czystego
rozpuszczalnika (cykloheksanonu) i roztworu polimetakrylanu metylu o określonym stężeniu.
Pomiarów dokonywano na wiskozymetrze Ostwalda, który był zanurzony w wodzie o temperaturze
25 °C.

Przygotowywanie roztworu polimetakrylanu metylu:
m

PMMA

= 33,3 mg = 0,0333 g ≈ 0,03 g

V

cykloheksanonu

= 25 ml

C

PMMA

(w g/100 ml) = 0,12 g/ml

0,03 g

–

25 ml

x g

–

100 ml

x = 0,12 g /ml

Lp.

Cykloheksanon: Roztwór PMMA w 70 °C:

Roztwór PMMA w 90 °C:

1.

1,15 min = 69 s

1,19 min = 71,4 s

1,14 min = 68,4 s

2.

1,10 min = 66 s

1,18 min = 70,8 s

1,14 min = 68,4 s

3.

1,11 min = 66,6 s

1,18 min = 70,8 s

1,14 min = 68,4 s

Średnia: 1,12 min = 67,2 s

1,183 min = 70,98 s

1,14 min = 68,4 s

Roztwór/rozpuszczalnik

tśr lub t

o

śr

ηwzgl.

ηwł.

ηzred.

cykloheksanon

67,2 s

-

-

-

PMMA 70 °C

70,98 s

1,06

0,06

0,5 cm

3

/g

PMMA 90 °C

68,4 s

1,02

0,02

0,17 cm

3

/g

ηwzgl. = tśr / t

o

śr

tśr – średni czas przepływu roztworu PMMA
t

o

śr – średni czas przepływu rozpuszczalnika

ηzred. = ηwł. / C
ηwł. = ηwzgl. - 1

Wnioski:
Mniejszą wartość lepkości zredukowanej oraz mniejszy czas przepływu roztworu przez kapilarę
wiskozymetru Ostwalda wykazuje PMMA uzyskany w wyższej temperaturze – 90 °C. Im mniejsza
lepkość mieszaniny reakcyjnej tym łatwiej zachodzi polimeryzacja i przez to jej szybkość jest
większa.
Im wyższa jest temperatura, w której prowadzi się polimeryzację, tym szybkość prowadzonego
procesu jest większa, ale masa molowa uzyskanego polimeru staje się coraz mniejsza. Tym samym
polimeryzacja metakrylanu metylu w temperaturze 90 °C zachodzi szybciej z większą wydajnością,
ale masa molowa uzyskanego polimeru PMMA jest mniejsza w porównaniu do PMMA
otrzymanego w temperaturze 70 °C.