ul. Żwirki 36, 90-924 Łódź

Projekt realizowany w ramach Priorytetu IV - Działanie 4.1 - Poddziałanie 4.1.1.

www. ife.p.lodz.pl

pn. „Przygotowanie i realizacja nowych kierunków studiów

tel. [phone]

w odpowiedzi na współczesne potrzeby rynku pracy

042 638 38 26

i wymagania gospodarki opartej na wiedzy”

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

Laboratorium pt

„Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9

2

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

3

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

4

» 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

5

» Kopolimery o rozgałęzieniach typu gwiazdy:

» Kopolimery o rozgałęzieniach typu grzebienia:

» Kopolimery o rozgałęzieniach przypadkowych:

2.3. Kinetyka kopolimeryzacji rodnikowej.

Kopolimeryzacja dwóch komonomerów M

1

i M

2

prowadzi do powstania dwóch rosnących

makrorodników R-M

1

●

i R-M

2

●

, mogą one reagować ze sobą w następujący sposób:

a) R-M

1

●

+ nM

1

→ R-(M

1

)

n+1

●

k

11

b) R-M

1

●

+ nM

2

→ R-M

1

(M

2

)

n

●

k

12

c) R-M

2

●

+ nM

2

→ R-(M

2

)

n+1

●

k

22

d) R-M

2

●

+ nM

1

→ R-M

2

(M

1

)

n

●

k

21

gdzie: k

11

, k

12

,

k

21

,

k

22

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

6

Współczynniki reaktywności komonomerów (stałe kopolimeryzacji) r

1

i r

2

są określone

stosunkami stałych szybkości reakcji:

12

11

1

k

k

r

,

oraz

21

22

2

k

k

r

Określają one stosunek stałej szybkości przyłaczania się rodnika do własnego

monomeru(homopropagacji), do stałej szybkości przyłączania się tego rodnika do drugiego

monomeru (kopropagacji).

Jeżeli współczynniki reaktywności przyjmują wartości:

- r

1

= r

2

= 1 – skład polimeru jest identyczny. Kopolimery takie nazywamy kopolimerami

azeotropowymi.

- r

1

= r

2

= 0 – otrzymujemy kopolimer naprzemienny.

- r

1

< 1, r

2

< 1 – kopolimer tworzy się łatwo, monomer M

1

łatwiej reaguje z rodnikiem R-M

2

●

niż z własnym rodnikiem R-M

1

●

i odwrotnie, monomer M

2

łatwiej reaguje z rodnikiem R-

M

1

●

niż z własnym rodnikiem R-M

2

●

.

- r

1

> 1, r

2

> 1 – monomery nie kopolimeryzują, monomer M

1

łatwiej reaguje z własnym

rodnikiem R-M

1

●

niż z rodnikiem R-M

2

●

, tworzy się mieszanina homopolimerów.

- r

1

> 1, r

2

< 1 – następuje wzbogacenie kopolimeru M

1

, ponieważ ułatwiona jest reakcja

rodników R-M

1

●

i

R-M

2

●

z monomerem M

1.

- r

1

> 1, r

2

< 1 – następuje wzbogacenie kopolimeru M

2

, ponieważ ułatwiona jest reakcja

rodników R-M

1

●

i

R-M

2

●

z monomerem M

2.

- r

1

= 1/r

2

czyli r

1

r

2

= 1 – skład kopolimeru jest wprost proporcjonalny do składu

wyjściowego mieszanin komonomerów, ponieważ szybkość kopolimeryzacji nie zależy od

rodzaju rodnika R-M

1

●

i

R-M

2

●

.

Laboratorium pt

„Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9

7

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

8

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 (Fe

2+

) lub miedzi (Cu

+

)).

Laboratorium pt

„Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9

9

Reakcja inicjowania polimeryzacji przez rodniki (R

●

= OH

●

, RO

●

, SO

4

●

, 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

10

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

11

- niejonowe (estry gliceryny i kwasów tłuszczowych)

- obojętne o dużej, rozwiniętej powierzchni ( fosforan (V) wapnia, talk, Al

3

O

3

, MgO, TiO

2

)

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 10

19

– 10

21

. 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

12

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 (10

13

– 10

14

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

13

- 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

14

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

15

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

16

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

17

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 NH

4

OH

iii. Opis ćwiczenia.

1. Rozpuszczamy osobno emulgator i inicjator w niewielkich ilościach wody destylowanej.

2. Do kolby trój szyjnej o pojemności 250 cm

3

, 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 cm

3

wodnego roztworu NH

4

OH.

5. Reakcję prowadzimy przez 1 h w temperaturze 90°C.

Laboratorium pt

„Synteza kopolimeru winylowego” realizowane w ramach Zadania nr 9

18

6. Po 1 h pobieramy próbkę lateksu, około 5 cm

3

.

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 M

L

.

3.2. Oznaczenie wydajności procesu kopolimeryzacji.

i. Wyznaczenie stężenia kopolimeru.

1. Ważymy dwa naczynka wagowe i umieszczamy w każdym z nich po około 1 cm

3

emulsji

kopolimeru.

2. Próbki suszymy w temperaturze 105°C do otrzymania stałej masy.

3. Obliczamy stężenie kopolimeru dla każdej z próbek według wzoru:

100



P

n

o

M

M

M

C

%

Gdzie:

M

o

– masa naczynka z osadem

M

n

– masa pustego naczynka

M

P

– 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

19

Gdzie:

C – stężenie kopolimeru

M

L

– masa lateksu

M

MMA

– masa met akrylanu metylu (d = 0,936 g/ml)

M

S

– 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

20

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