0x01 graphic

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:

0x01 graphic

Wg definicji monomer to związek minimum dwufunkcyjny, a jego wielofunkcyjność może wynikać z występowania:

  1. wiązań wielokrotnych - przykładowo: akrylonitryl, etylen, propylen, acetylen, butadien,

  2. grup funkcyjnych (zdolnych do reakcji) - przykładowo: kwasy dikarboksylowe (adypinowy, tereftalowy), alkohole wielowodorotlenowe (glikole, gliceryna, pentaerytryt), diaminy (etylenodiamina, p-fenylenodiamina),

  3. miejsc aktywnych - przykładowo: fenol,

  4. 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:

0x08 graphic

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

0x08 graphic

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:

  1. J. Pielichowski, J. Puszyński - Technologia tworzyw sztucznych, PWN, W-wa 1992.

  2. D. Zuchowska - Polimery konstrukcyjne, WNT, W-wa 1995.

  3. red. Z. Florjańczyk, S. Penczek - Chemia polimerów, tom II, Wyd. pol. Warszawska,

W-wa 1997.