Методы получения и исследования полимеров (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ШАКАРИМА города СЕМЕЙ
Документ СМК 3 уровня	УМКД	УМКД 042-18- 10.1.30/03-2015
УМКД рабочая программа дисциплины «Методы получения и исследования полимеров» для преподавателя	Редакция № 2 от  11.09.  2015г

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ

«Методы получения и исследования полимеров»

для специальности 6М060600 – Химия

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

СЕМЕЙ

2015

СОДЕРЖАНИЕ

№	Наименование	Страницы
1.	Глоссарий	3
2.	Лекции	4-70
3.	Практические занятия	71
4.	Самостоятельная работа магистранта	72

ГЛОССАРИЙ

Высокомолекулярные соединения (ВМС) – это вещества с молекулярной массой более 5000 вплоть до многих миллионов Внутримолекулярными процессы - процессы, в результате которых изменяется строение, а иногда и химический состав макромолекул, но обычно не сопровождающиеся присоединением реагентов Вулканизация каучуков – технологический процесс, при котором каучук превращается в резину в результате соединения линейных макромолекул поперечными связями в пространственную вулканизационную сетку Гибкость - способность макромолекул изменять свою форму под влиянием теплового движения звеньев или внешних механических воздействий Гомополимер – это полимер, состоящий из одинаковых звеньев Изоионная точка (ИИТ) - величина рН водного раствора полиамфолита (в отсутствие посторонних ионов), определяется только диссоциацией собствен­ных ионогенных групп Изоэлектрическая точка (ИЭТ) - значение рН раствора полиамфолита, при котором средний суммарный заряд на цепи равен нулю Конфигурация - определенное пространственное расположение атомов макромолекул, которое не изменяется при тепловом движении Конформация – это переменное распределение в пространстве атомов или групп атомов, образующих макромолекулу Концентрированные растворы - растворы, в которых c>1/[з] и молекулы растворенного полимера взаимодействуют друг с другом Набуха­ние — это процесс поглощения полимером низкомолекулярной жидкости, сопровождающийся увеличением объема полимера и изменением конформаций его макромолекул Надмолекулярная структура (НМС) полимеров - способ упаковки макромолекул в пространственно выделяемые элементы (агрегаты), размеры и объем которых на несколько порядков превышают размер и объем звена Неограниченное набухание – это набухание, самопроизвольно переходящее в растворение Ограниченное набухание – процесс взаимодействия полимеров с низкомолекулярными жидкостями, не сопровождающийся растворением Полимеры – это высокомолекулярные соединения, состоящие из одинаковых или различных звеньев, соединенных химическими связями в длинные цепи Полимергомологи – это макромолекулы одного и тог же полимера с различной степенью полимеризации Полимераналоги – это макромолекулы различных по химическому строению полимеров, имеющих одинаковую степень полимеризации Полидисперсность – соотношение фракций макромолекул с различной молекулярной массой Полимераналогичные превращения – реакции, приводящие к изменению строения функциональных групп макромолекул, но степень полимеризации и строение основной цепи не изменяются Полиэлектролиты – это полимеры, звенья которых содержат функциональные группы, способные к электролитической диссоциации. Полиамфолиты – макромолекулы, которые содержат одновременно кислотные и основные группы, в зависимости от рН среды могут вести себя либо как поликислоты, либо как полиоснования. Полимеризация – это процесс получения ВМС, при котором рост молекулярной цепи происходит в результате последовательного присоединения молекул мономера к активному центру, локализованному на ее конце Поликонденсация - процесс образования полимеров из би - или полифункциональных мономеров, сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных соединений (воды, спирта) Привитые сополимеры – это полимеры, в которых основная цепь состоит из звеньев одного мономера, а боковая – из звеньев другого мономера Разбавленные растворы - растворы, в которых макромолекулы находятся друг от друга на расстояниях превышающих их собственные геометрические размеры, т. е., не взаимодействуют между собой Степень полимеризации - число повторяющихся звеньев в цепи Сополимер – это полимер, состоящий из двух или более звеньев Статистические сополимеры – это полимеры, имеющие нерегулярное расположение звеньев Степень набухания - количе­ство поглощенной полимером жидкости, отнесенное к единице массы или объема полимера Уравнение состоя­ния  - уравнение, связывающее давление, объем, темпе­ратуру, концентрацию и другие параметры системы, находящейся в равновесии Химические превращения полимеров – это реакции, приводящие к изменению состава, строения или степени полимеризации макромолекул Чередующиеся сополимеры – это полимеры, имеющие регулярное расположение звеньев

Модуль 1 – Методы получения полимеров

Лекция 1 – Полимеризация

План лекции:

Радикальная полимеризация. Стадии полимеризации. Кинетика полимеризации. Радикальная сополимеризация. Уравнение состава сополимеров. Полимеризация в массе, в растворе, в суспензии и в эмульсии.

1. Полимеризацией называется процесс образования полимеров путем последовательного соединения мономеров, содержащих реакционноспособные кратные связи или циклы. Процесс полимеризации может осуществляться по радикальному и ионному механизму.

Радикальная полимеризация протекает по цепному механизму, при этом в результате каждого элементарного акта происходит образование нового радикала, к которому присоединяется новая нейтральная молекула, т. е., кинетическая цепь превращается в материальную. Основными стадиями радикальной полимеризации являются: инициирование, рост цепи, обрыв цепи и передача цепи.

Инициирование заключается в образовании в реакционной системе свободных радикалов, которые могут генерироваться в результате воздействия тепла (термическое инициирование), света (фотоинициирование), ионизирующих излучений (радикальное инициирование), а также химическими инициаторами (химическое инициирование). Наиболее распространенными инициаторами являются пероксиды, гидропероксиды, азо - и диазосоединения, перэфиры, ацилпероксиды.

Радикал, образующийся при распаде молекулы инициатора, присоединяется к двойной связи мономера и начинает реакционную цепь:

Рост цепи заключается в последовательном присоединении молекул мономера к образующемуся активному центру с передачей его на конец цепи:

RM. + M RMM.

RMM. + M RMMM.

……………………………..

R – [M]n-2 – M. R – [M]n-1 – M.

Обрыв цепи происходит в результате гибели активных центров. Это приводит к обрыву материальной и кинетической цепи. Обрыв цепи может происходить в результате взаимодействия двух растущих радикалов путем их рекомбинации или диспропорционирования: 

- рекомбинация

- диспропорционирование.

Передача цепи происходит путем отрыва растущим радикалом атома или группы атомов от какой-то молекулы. Передача цепи может осуществляться через молекулу мономера, например винилацетат

Через молекулу растворителя, например толуол

Или через специально вводимые вещества (регуляторы), например меркаптаны

~CH2 – C. HX + RSH ~CH2 – CH2X + RS.

RS. + CH2=CHX → RSCH2 – C. HX

Где kM, kS – константы скорости передачи цепи.

2. Скорость инициирования можно выразить уравнением:

(1)

где [I] — концентрация инициатора, f – эффективность инициатора, которая обычно лежит в пределах от 0,5 до 1,0, kрас - константа скорости распада инициатора.

Скорость роста цепи Vp выражается уравнением:

(2)

где kip — константа скорости присоединения мономера к радикалу степени полимеризации n=i, [Ri] — концентрация радикалов степени полимеризации i, [М] —концентрация молекул мономера.

Скорость исчезновения радикалов в результате рекомбинации и диспропорционирования описывается уравнением:

(3)