LABORATORIUM
CHEMIA TECHNICZNA ORGANICZNA
6. AMINOLIZA POLIAKRYLONITRYLU
Chemia techniczna organiczna, laboratorium
AMINOLIZA POLIAKRYLONITRYLU
wg prac badawczych G. Poźniak
Polimer, związek wielkocząsteczkowy, charakteryzuje się dwiema cechami: powtarzalną jednostka budowy zwaną merem oraz średnim ciężarem cząsteczkowym przekraczającym 10 000 g/mol.
Niektóre polimery są zdolne do tworzenia włókien, ale warunkiem takiej zdolności polimeru jest jego budowa semikrystaliczna. Polimery semikrystaliczne zawierają dwie fazy: podstawową, jaką jest faza amorficzna i fazę krystaliczną. W odróżnieniu od związków małocząsteczkowych polimery nie mogą być w 100% krystaliczne.
Włókna polimerowe charakteryzują się doskonałymi właściwościami: wytrzymałością, za którą odpowiada faza krystaliczna i elastycznością - wynikającą z obecności fazy amorficznej.
Poliakrylonitryl (PAN) to polimer syntetyczny, który powstaje w wyniku reakcji polimeryzacji związku dwufunkcyjnego, zwanego monomerem, jakim jest akrylonitryl:
Wg definicji monomer to związek minimum dwufunkcyjny, a jego wielofunkcyjność może wynikać z występowania:
wiązań wielokrotnych - przykładowo: akrylonitryl, etylen, propylen, acetylen, butadien,
grup funkcyjnych (zdolnych do reakcji) - przykładowo: kwasy dikarboksylowe (adypinowy, tereftalowy), alkohole wielowodorotlenowe (glikole, gliceryna, pentaerytryt), diaminy (etylenodiamina, p-fenylenodiamina),
miejsc aktywnych - przykładowo: fenol,
naprężeń w cyklicznych związkach heteroatomowych - przykładowo: laktamy.
Poliakrylonitryl stosowany jest głównie jako surowiec do otrzymywania włókien. Włókno produkowane w Polsce nosiło nazwę ANILANA.
Obecność w merze tego polimeru bardzo polarnej grupy nitrylowej uniemożliwia barwienie włókien wodnymi roztworami barwników. Modyfikowanie poliakrylonitrylu ma na celu przekształcenie grupy nitrylowej w grupy hydrofilowe, które pozwolą na barwienie włókien w warunkach ekologicznych, czyli roztworami wodnymi.
Reakcja aminolizy PAN 1,2-diaminoetanem (etylenodiaminą) jest przykładem takiej modyfikacji:
W wyniku tej reakcji w polimerze występują grupy: amidowe i aminowe (proszę wskazać te grupy).
Odczynniki: |
|
Przyrządy: |
PAN - włókno |
0,4 g |
reaktor Easy Max |
mieszanina 1,2-diaminoetanu (EDA) i dioksanu (1:1 obj.) |
30 cm3 |
zlewka poj. 250 cm3 dwie zlewki poj. 50 cm3 |
HCl r-r 1M |
ok. 50 cm3 |
|
metanol |
ok. 10 cm3 |
|
roztwory wodne barwników (różne; czerwień krezolowa, oranż metylowy, błękit bromotymolowy, czerwień Kongo) |
50 cm3 |
|
Wykonanie ćwiczenia:
W jednym reaktorze reakcje prowadzą trzy grupki. W suchym reaktorze umieścić około 0,4 g włókna PAN (każda grupka swoją) oraz sztabkę mieszającą, zmontować reaktor (czujnik temperatury, chłodnica zwrotna) i dodać przez lejek 30 cm3 roztworu aminy w dioksanie (na 1 grupkę). Włączyć urządzenie1, odkręcić wodę w chłodnicy (dość mocno). Ustawić obroty R na 200 rpm, temperaturę Tr na 101,50C (korzystając z opcji Advanced - temp 101,50C, ramp by rate, rate 30K/min). Czas ogrzewania mierzyć od momentu ustalenia się wartości zadanej temperatury. Ogrzewać przez 1 godzinę.
Po tym czasie włączyć chłodzenie reaktora Tr (korzystając z opcji Advanced - temp 250C, ramp by rate, rate 30K/min). Po schłodzeniu do żądanej temperatury wyłączyć mieszanie, wyłączyć aparat2, zakręcić wodę. Rozmontować reaktor, szczypcami wyjąć włókninę i przenieść ją do zlewki 250 ml. Pozostały roztwór zlać do przygotowanego pojemnika na zlewki, reaktor umyć, wysuszyć. Polimer przemyć wodą wodociągową aż do odczynu obojętnego (wg papierka uniwersalnego), a następnie wlać 1M roztwór HCl w takiej ilości, aby polimer został w całości pokryty tym roztworem i pozostawić na 30 minut. Po tym czasie zlać kwas znad polimeru i odmyć polimer dokładnie wodą wodociągową do odczynu obojętnego (wg papierka uniwersalnego). Na końcu przemyć włókno metanolem i osuszyć ręcznikiem papierowym.
Przeprowadzić próbę barwienia włókna wyjściowego i po modyfikacji wybranymi barwnikami w roztworach wodnych (5 minut przetrzymywania włókna w roztworze). Po barwieniu wymyć włókna wodą.
1 - jeśli będą pracować oba reaktory, należy podłączyć do równoległego gniazda drugą termoparę i dopiero wtedy włączyć urządzenie.
2 - po zakończeniu reakcji w obu reaktorach
Literatura:
J. Pielichowski, J. Puszyński - Technologia tworzyw sztucznych, PWN, W-wa 1992.
D. Zuchowska - Polimery konstrukcyjne, WNT, W-wa 1995.
red. Z. Florjańczyk, S. Penczek - Chemia polimerów, tom II, Wyd. pol. Warszawska,
W-wa 1997.
Wyszukiwarka