Лабораторна робота № 18

1. ТЕМА: Полімеризація стиролу.

2. МЕТА: Провести полімеризацію стиролу в емульсії.

3.

Полістирол, один з найпоширеніших полімерів, який отримують полімеризацією стиролу за ланцюговим або іонним механізмом. Механізм реакції полімеризації складається з трьох основних стадій: 1) активація мономеру, 2) ріст молекулярних ланцюгів; 3)обрив ланцюгів. Активація мономеру проходить найважче, вимагаючи затрат великої кількості енергії, та характеризується порівняно невеликою швидкістю, чим і визначається швидкість всього процесу полімеризації. Існують різні методи збільшення швидкості активації мономеру: підвищення температури, використання каталізаторів, використання фото каталітичного ефекту. Найпоширенішим є метод каталітичної полімеризації, як каталізатори використовують органічні і неорганічні пероксиди, метали (Na), солі (AlCl3, BF3). Особливо поширені пероксидні каталізатори або так звані ініціатори. Ці речовини прискорюють процес полімеризації внаслідок їх легкого розпаду з утворенням вільних радикалів, що приєднуються до молекул мономерів та дають початок росту ланцюгів. Полімеризація стиролу може здійснюватися наступними способами:

1) в блоці – полімеризацією чистого мономеру за підвищеної температури в присутності ініціаторів або без них; 2) в розчині, що змішується з мономером і розчиняє полімер; 3) в емульсії, тобто з використанням реагенту, що не змішується з мономером, але утворює з ним емульсію (емульгатор – олеат натрію); 4) в суспензії при енергійному перемішуванні з використанням таких суспендуючи сполук, як желатин.

Найбільш широко використовують емульсійну і суспензійну полімеризації, за якими утворюються найбільш однорідні високомолекулярні продукти. В цих методах на початку процесу існує гетерогенна система із двох не змішуваних рідин, а в ході процесу появляється ще й третя фаза – полімер.

Полімеризацію стиролу проводять при нагріванні в присутності пероксидів. При цьому отримують полімери з різною молекулярною масою в залежності від кількості ініціатора. Ступінь перетворення мономеру в полімер можна встановити, визначивши кількість непрореагованого мономеру або ваговий вихід полімеру. При полімеризації у водному середовищі в присутності емульгатора полімер виділяється в дуже диспергованому вигляді або у формі круглих кульок (суспензійно-бісерна полімеризація). В першому випадку полімер випадає в осад при руйнуванні емульсії. За звичайних умов і відсутності інгібіторів стирол самовільно піддається повільній полімеризації при зберіганні. Тому для досліду слід використовувати свіжоприготовлений стирол. Перегонку здійснюють під вакуумом із невеликої колби з ялинковим дефлегматором. Для запобігання полімеризації необхідно додати гідрохінон або пірогалол в кількості 0,1 % від маси стиролу.

4. РЕАКТИВИ І ОБЛАДНАННЯ

3.1 Круглодонна тригорла колба, зворотний холодильник, мішалка, водяна баня, термометр, піпетка (3-5 мл), фільтрувальна лійка, конічна колба з притертим корком (250-300 см3), бюретка, бюкс.

3.2 Дистильована вода, мило, стирол (мономер), пероксид водню ( розчин 33- 35 %), розчин НСl (5-10 %), титрований 0,1 н розчин брому, 10 % розчин КІ, 0,1 н розчин гіпосульфіту натрію, розчин крохмалю (1-2 %)

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

4.1. В круглодонну тригорлу колбу, оснащену тубусом, зворотнім холодильником і швидко працюючою мішалкою, вводять 67 г води і 1 г мила. Після повного розчинення мила в колбу вливають 30 г стиролу (мономер) і нагрівають суміш при працюючій мішалці на водяній бані до 85-90 0С (в бані). Через 10 хв. після досягнення необхідної температури в колбу через тубус вливають із піпетки по краплинах 2 г 33-35 %-го пероксиду водню. При цьому мішалку ні в якому випадку не зупиняти. Зміна кольору рідини до молочно-білого, а також випадання пластівців під час доливання краплі кислоти до проби показує, що іде полімеризація.

Процес полімеризації ведуть протягом 2-3 год., відбираючи проби (2-3 см3 продукту) кожні 30-40 хв. і аналізують на вміст мономеру.

Після закінчення реакції колбу охолоджують. Потім руйнують емульсію додаванням слабкої соляної кислоти або кухонної солі. Полістирол відділяють від рідини декантацією або на фільтрувальній лійці під вакуумом, промивають теплою водою (40-50 0С), потім висушують на повітрі та зважують. За отриманими даними розраховують вихід полімеру на взятий мономер. Вихід полімеру Х (%) вираховують за формулою:

де Gп і Gм – маса отриманого полімеру і вихідного мономеру відповідно, г; С- вміст мономеру в полімері, мас.ч.

При цьому необхідно врахувати кількість полімеру в періодично відібраних на аналіз пробах.

4.2 Визначення вмісту стиролу.

Для визначення вмісту мономеру використовують реакцію бромування ненасиченого зв’язку за реакцією: С6Н5СН=СН2 + Br2> С6Н5СНBr-CH2Br

За кількістю титрованого розчину брому, витраченого на реакцію, визначають вміст стиролу в отриманих конденсатах. Титрований 0,1 н розчин брому готують у водному розчині КВr. При відсутності в суміші великої кількості полімеру наважку 0,2-0,25 г стиролу вносять в колбу з притертим корком ємністю 250-300 см3, приливають з бюретки 30-35 см3 титрованого розчину брому, збовтують і залишають стояти 5-20 хв. Після чого додають 10-15 см3 10 %-го розчину КJ і стільки ж води, перемішують і через 5-10 хв. відтитровують виділений йод 0,1 н розчином гіпосульфіту натрію, приливаючи в кінці титрування розчин крохмалю як індикатор.

Вміст стиролу визначають за формулою:

,

де m – кількість титрованого розчину брому, що відповідає 0,1 н розчину гіпосульфіту, см3; n – кількість 0,1 н розчину гіпосульфіту, витрачене на титрування надлишку реактиву, см3; g – наважка стиролу, г; 0,0052 – кількість стиролу, що відповідає 1 см3 0,1 н розчину гіпосульфіту, г.