Wydział Geoinżynierii Legnica, 08.04.2011

Górnictwa i Geologii

Politechniki Wrocławskiej

Chemia

Sprawozdanie z ćwiczenia „Polimery i tworzywa sztuczne”

Grupa: poniedziałek 9⁴⁵-11¹⁵

Rok: pierwszy

1. WPROWADZENIE

Cechą charakterystyczną polimerów jest występowanie w ich cząsteczce okresowo powtarzalnych ugrupowań atomów, które nazywamy merami. Polimery otrzymywać można poprzez modyfikację naturalnych substancji wielkocząsteczkowych, jednak obecnie wytwarza się je przede wszystkim syntetycznie. Cząsteczki związków chemicznych, stanowiących substancje wyjściowe do otrzymywania związków wielkocząsteczkowych składają się ze stosunkowo niewielkiej liczby atomów i noszą nazwę monomerów. Są one zdolne do reakcji z identycznymi lub innymi cząsteczkami dzięki obecności w nich ośrodków reaktywnych, takich jak nienasycone wiązania, nietrwałe pierścienie lub grupy reaktywne. W wyniku łączenia się cząsteczek monomeru pomiędzy sobą powstaje związek wielkocząsteczkowy – polimer. Właściwości fizyczne monomerów i polimerów są oczywiście całkowicie odmienne. Polimery, w przeciwieństwie do klasycznych związków chemicznych, stanowią mieszaniny cząsteczek o różnej wielkości i masie cząsteczkowej – dlatego też stosuje się pojęcia średniej masy cząsteczkowej lub stopnia polimeryzacji[1].

Podstawowe surowce do otrzymywania monomerów pochodzą z ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla kamiennego. Otrzymywanie monomerów wchodzi w zakres technologii organicznej, otrzymywanie polimerów – w zakres chemii i technologii tworzyw sztucznych zaś wytwarzanie z polimerów wyrobów użytkowych – w zakres technologii przetwórstwa tworzyw sztucznych. Tworzywa sztuczne dostarczane do przetwórstwa mają postać żywic, tłoczyw, preimpregnatów lub półfabrykatów.

Podstawą tej klasyfikacji jest metoda otrzymywania związku wielkocząsteczkowego.

W zależności od pochodzenia rozróżnia się:

– modyfikowane tworzywa naturalne, otrzymywane z naturalnych związków wielkocząsteczkowych np. celulozy (octan celulozy, octanomaślan celulozy), kazeiny (galalit) lub kauczuków naturalnych;

– tworzywa syntetyczne, otrzymywane w wyniku reakcji chemicznych[1].

Polimeryzacja jest procesem łączenia się wielu cząstek monomeru, któremu nie towarzyszy wydzielanie się małocząsteczkowych produktów ubocznych. Proces przebiega bez zmian składu chemicznego a powstający polimer różni się od monomeru tylko wielkością cząsteczki. Szczególnym przypadkiem polimeryzacji jest kopolimeryzacja – reakcja mieszaniny co najmniej dwóch monomerów, z wytworzeniem makrocząsteczek zawierających mery odpowiadające wszystkim składnikom mieszaniny. W zależności od technicznej realizacji procesu wyróżnia się polimeryzację w masie (np. polimetakrylan metylu, polietylen małej gęstości), polimeryzację w zawiesinie (np. polistyren, poli(chlorek winylu)), polimeryzację emulsyjną i polimeryzację w roztworze.

Polikondensacja (polimeryzacja kondensacyjna) polega na łączeniu się wielu cząstek monomerów z jednoczesnym wydzieleniem prostego związku małocząsteczkowego, jako produktu ubocznego np. wody lub chlorowodoru. Skład chemiczny polimeru nie jest identyczny ze składem monomeru lub wyjściowej mieszaniny monomerów[1].

Poliaddycja (polimeryzacja addycyjna) jest procesem łączenia się cząsteczek monomeru lub monomerów wskutek przemieszczania się ruchliwego atomu wodoru. Powoduje to powstanie reaktywnych ośrodków w monomerze i umożliwia łączenie się cząsteczek. W procesie tym nie powstają małocząsteczkowe produkty uboczne a powstały polimer ma taki sam skład chemiczny jak wyjściowa mieszanina monomerów.

2. CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA

   1. Metodyka

Ćwiczenie 1 – polimeryzacja.

Na blaszce na jego krawędzi umieszczono za pomocą zapałki 2 krople żywicy epoksydowej. Potem dodano utwardzacz (1/10 ilości żywicy). Następnie wymieszano i podgrzano blaszkę za pomocą płomienia palnika.

Ćwiczenie 2 – tworzywo epoksydowe.

Na blaszce umieszczono 2 krople żywicy epoksydowej i zmieszano z utwardzaczem. Następnie dodano małą ilość talku, wymieszano i zostało podgrzewane nad palnikiem płomienia.

Ćwiczenie 3.

W małym tygielku sporządzono pastę poprzez wymieszanie 2.5 g polichlorku winylu z 2.5 g ftanalu di butylu. Do otrzymanej kompozycji dodano kroplę octanu etylu. Otrzymaną ciekłą pastę włożono do suszarki elektycznej i ogrzano do 120^oC przez 15 min. Następnie wyciągnięto i zostawiono ostygnięcia.

2. Obserwacje

Podczas podgrzewania blaszki z żywicą substancja stała się bardziej płynna, jednak po ostygnięciu stwardniała.

3. Interpretacja

W ćwiczeniu 1 żywica stwardniała podczas samego ogrzewania. W ćwiczeniu 2 żywice wzbogacono o talk przed ogrzewaniem. Talk w tym ćwiczeniu pełnił rolę wypełniacza. W wyniku porównania tworzywa epoksydowego z polimerem bez wypełniacza stwierdziłem, że tworzywo z ćwiczenia drugiego jest twardsze. Zastygła żywica była ciężka do usunięcia z blaszek, ponieważ nie rozpuszczała się wodzie. Konieczne było jej zdrapanie z metalowych blaszek. W ćwiczeniu 3 duże znaczenie miało odpowiednie odmierzenie substratów i zachowanie stosunku 1:1.

4. Wnioski

W zależności od rodzaju i ilości stosowanych dodatków można otrzymać z tego samego polimeru różne tworzywa o odmiennych właściwościach. Użycie wypełniacza w postaci talku spowodowało, że tworzywo z ćwiczenia 2 było twardsze od tego z ćwiczenia 1.We wszystkich 3 przypadkach ogrzewanie było konieczne do prawidłowego przeprowadzenia reakcji lub jej przyśpieszenia. Za duża ilość, któregoś z substratów, spowodowałaby nie powodzenie doświadczenia. Polimer bez wypełniacza i tworzywo z wypełniaczem są termoutwardzalne i nierozpuszczalne w wodzie. Otrzymana gumka w ćwiczeniu 3 działa, czyli ćwiczenia zostało przeprowadzone poprawnie.

3. LITERATURA CYTOWANA

[1] Puszyński A., Polimery, Instrukcja do ćwiczeń z chemii, 2009r.