Практикум по химии и физике полимеров - Аввакумова Н.И.
ISBN 5—7245—0165—1
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 2.1. Установка для полимеризации газообразных мономеров
/—реактор; 2 — электромеханическая мешалка; 3 — диффузор; 4 — термопара; 5—ампула с катализатором; 6 — дозатор: 7 .....термостат: 8~ кран для сброса давления и ва-
куумирования; .9 — клапан для подачи этилена; 10 — записывающий манометр; // — KC П
Вискозиметрические измерения (см. гл. 11) проводят b растворе толуола при 25 °С при различных концентрациях полимера (0,5; 0,25; 0,1875; 0,125 и 0,1%). Характеристическую вязкость растворов определяют из графической зависимости Цул/С от с (см. гл. 1 1).
Средневязкостную молекулярную массу полимера определяют по формуле
Задание. Написать схему реакции катионной полимеризации а-метилстирола и оценить выход образующегося полимера.
Работа 2.3. Ионно-координационная полимеризация этилена, инициированная бис(трифенилсилил)хроматом
Цель работы: определить скорость ионно-координационной полимеризации газообразного этилена по изменению давления в ходе процесса, оценить порядок реакции по мономеру и определить константу скорости полимеризации.
Реактивы: этилен, бис (трифенилсилил)хромат ~ катализатор, дозированный в запаянные ампулы, инертный газ, этиловый спирт, дистиллированная вода.
Приборы и посуда: установка для полимеризации газообразных мономеров под давлением (рис. 2.1), стаканы мерные емкостью 500 см3 (2 шт.), магнитная мешалка, двурогая ампула на 50 см3 (2 шт.), вакуум-сушильный шкаф, воронка Бюхнера, шпатель.
Порядок работы: 1) проведение ионно-ікоординационной полимеризации этилена в подвижном слое катализатора при различных концентрациях мономера; 2) дезактивация катализатора; 3) определение скорости полимеризации, порядка реакции по мономеру и константы скорости процесса.
t, мин
Р, MПа
Методика работы. Установка для полимеризации (см. рис. 2.1) состоит из реактора емкостью 3000 см3 /, снабженного рубашкой для термостатирования, электромеханической мешалкой 2, диффузором 3, в полости которого создается циркуляция образующегося полимера, ампулой с катализатором 5, помещенной в дозатор 6, и кранами для сброса давления 8 и подачи этилена 9.
В герметично закрытый и термостатированный при 900C реактор / включением клапана 9 вводят этилен до давления 2,0 МПа и выдерживают при этом давлении в течение 0,5 ч с целью проверки герметичности. Снижение давления не должно превышать более 0,01 МПа за 0,5 ч. Если обнаружена течь, ее следует устранить. При герметичности реактора сбрасывают давление открыванием крана 5, закрывают кран и вновь вводят этилен до 2,0 МПа. Продувку реактора этиленом производят 3 раза. Затем сбрасывают давление в реакторе до 0,02 МПа, включают мешалку и штоком дозатора 6 разбивают ампулу с катализатором 5. Включением клапана 9 вводят в реактор этилен до давления 2,0 МПа.
Ход полимеризации фиксируется записывающим манометром 10, а температура реакции контролируется с помощью КСП 11 (датчик — хромель-копелевая термопара 4). В случае невозможности автоматической записи давления и температуры их фиксируют через каждые 10 мин в течение всего процесса (1,5 ч). Полученные данные вносят в табл. 2.2.
Полимеризацию проводят до полного израсходования этилена в реакторе (остаточное давление не выше 0,05 МПа). Выключают мешалку, сбрасывают остаточное давление в реакторе до атмосферного, вскрывают крышку реактора и тщательно извлекают полимер.
Порошок полиэтилена помещают в стакан емкостью 500 см3, приливают 100 см3 этилового спирта и перемешивают магнитной мешалкой в течение 1 ч для дезактивации катализатора. Полимер отфильтровывают на воронке Бюхнера, помещают в стакан емкостью 500 см3, заливают 250 см3 дистиллированной воды и интенсивно перемешивают 10 мин. Затем отключают мешалку и дают отстояться 0,5 ч. Частицы полимера всплывают наверх, а стеклянные осколки ампулы остаются на дне. Осторожно снимают полимер с поверхности водного слоя, повторно фильтруют и сушат в вакуум-сушильном шкафу при 60 °С
Рис. 2.2. Изменение температуры (1) и давления (2) в реакторе в ходе полимеризации этилена в нестационарном режиме
до постоянной массы. При расчете выхода полимера необходимо учитывать массу содержащегося в нем катализатора.
Обработка результатов.
Обработку диаграмм изменения температуры и давления (рис. 2.2) в реакторе начинают с выбора временной области, в которой соблюдается относительное постоянство температурного режима полимеризации (AB). Кривую уменьшения давления P=f(t) в выбранной области разбивают на равные участки по времени и для каждого участка определяют скорость полимеризации и и среднее давление РСр. По найденным значениям v рассчитывают скорость полимеризации и', отнесенную к единице катализатора:
v' = v/qK
(qK—навеска катализатора, моль).
Результаты расчетов вносят в табл. 2.3.
По данным табл. 2.3 строят график зависимости \gv; = —/(lg^cp) и по тангенсу угла наклона прямой определяют порядок реакции п по мономеру (по давлению), а по величине отрезка, отсекаемого прямой XgV'=lg/C+nlgPcp на ординате, определяют логарифм константы скорости полимеризации и после расчета антилогарифма находят значение константы скорости полимеризации, выраженной в л/(моль-мин).
