Вязкость разбавленных растворов полимерных неэлектролитов

 

Цель работы: Изучить свойства разбавленных растворов полимеров; освоить метод определения вязкости при помощи вискозиметров Оствальда и Убеллоде.

Измерение вязкости жидкости проводят в приборах, называемых вискозиметрами. Прежде, чем приступить к измерениям, необходимо выбрать соответствующий вискозиметр. Для работы с малолетучими растворителями можно использовать вискозиметры Оствальда с открытой трубкой, а для работы с летучими растворителями нужно применять аналогичные вискозиметры с закрытыми трубками. Необходимо, чтобы время истечения растворителя было не менее 100 секунд. При этом создаются условия для ламинарного потока.

 

Рис. 3.4. Вискозметр Оствальда. Рис. 3.5. Вискозметр Убеллоде.

 

Для выполнения лабораторной работы необходимо приготовить точные растворы полимера в растворителе. Из исходного раствора полимера разбавлением получают растворы меньшей концентрации (4-5 концентрации). Для разбавления можно использовать чистые сухие конические колбочки с пробками. В колбочку наливают пипеткой 20 мл чистого растворителя. Затем просушивают пипетку и отбирают 20 мл исходного раствора, вливают содержимое пипетки в приготовленный растворитель и несколько раз ополаскивают пипетку образовавшимся более разбавленным раствором. Затем промывают пипетку чистым растворителем и наливают во вторую колбочку следующие 20 мл чистого растворителя. Снова просушивают пипетку, набирают в нее вдвое разбавленный раствор во вторую колбочку, опять ополаскивают пипетку образовавшимся раствором и т.д.

После того, как все растворы приготовлены, приступают к определению вязкости. Для этого наливают в вискозиметр сначала чистый растворитель и после 10 – минутного термостатирования определяют время истечения t_о. Измерения проводятся 3-4 раза. Расхождения между параллельными измерениями не должны превышать точности измерения времени по секундомеру 0, 2 сек.

После проведения измерения растворитель выливают через широкое колено вискозиметра, ополаскивают вискозиметр раствором меньшей концентрации и затем заливают пипеткой заданный объем раствора, определяют время истечения раствора t.

Аналогично проводят измерения со всеми растворами. Для каждого раствора следует произвести не менее 3^х измерений.

 

Порядок работы с вискозиметром Оствальда.

При работе с вискозиметрами Оствальда необходимо вливать в вискозиметр один и тот же объем растворителя и раствора, так как высота столба жидкости, задающего давление, при котором происходит истечение жидкости через капилляр (h), зависит от объема жидкости. Для получения точного результата вискозиметры должны быть тщательно вымыты.

Жидкость наливают в широкую трубку (а) вискозиметра (рис. 3.4) пипеткой и затем с помощью резиновой груши, надетой на трубку (б) засасывают жидкость выше метки «1». Измеряют секундомером время течения раствора от метки «1» до метки «2».

 

Порядок работы с вискозиметром Убеллоде

1. Перед выполнением работы трубки «b» и «c» вискозиметра соединяют со стеклянными кранами при помощи резиновых трубок-переходников.

2. В тщательно вымытый вискозиметр при помощи пипетки через трубку «а» наливают минимальное количество растворителя необходимое для проведения измерения (20 мл).

3. Два раза промывают вискозиметр путем всасывания при помощи резиновой груши в колено «b» растворителя при закрытом кране на колене «c».

4. Определяют время истечения растворителя следующим образом: при закрытом кране на трубке «c» заполняют капилляр и колено «b» выше метки «1», закрывают кран трубки «b». Затем открывают последовательно краны трубок «c» и «b», при этом жидкость из трубки «b» стекает обратно в резервуар с растворителем. Измеряют время истечения жидкости от метки «1» до метки «2» 3-4 раза. Полученные значения  не должны отличаться более чем на 0, 2 сек.

5. Выливают растворитель через трубку «а», вискозиметр высушивают. В сухой вискозиметр наливают 20 мл исследуемого раствора.

6. Определяют время истечения раствора точно так же, как описано в п. 4.

7. Аналогично определяют время истечения всех растворов.

8. По окончании измерений, раствор выливают через колено «а», вискозиметр тщательно промывают и вновь определяют время истечения растворителя. Полученные значения не должны отличаться от исходных более чем на 0, 2 сек. Так как вязкость зависит от температуры, то все растворы и вискозиметры должны находится в одинаковых условиях.

Порядок выполнения работы

1. Определите время истечения растворителя и растворов полимеров при помощи вискозиметра. Результаты измерений занесите в таблицу 3.2.

2. Зная время истечения растворителя и растворов разной концентрации, рассчитайте h_уд и постройте график h_уд=f(c).

3. Рассчитайте приведенную вязкость  и постройте графики  и .

4. Найдите методом графической экстраполяции [h].

5. По тангенсу угла наклона прямой h_уд=f(c) определите константу Хаггинса К1.

6. Полученные данные занесите в таблицу 3.2.

Таблица 3.2.

Полимер… Растворитель…                                                       t°С=…
С г/100мл	tо, сек	t, сек	hотн	hуд			[h]	K1	Mn
0 … … … … …

7. По уравнению Марка-Хаувинка-Куна рассчитайте средневязкостную молекулярную массу полимера.

 

Контрольные задания и вопросы

1. В чем сходство и различие растворов низко- и высокомолекулярных соединений?

2 Что такое «хороший», «плохой» -растворитель?

3. Какие растворы полимеров считаются концентрированными, какие разбавленными?

4. Каковы особенности свойств разбавленных растворов полимеров? Чем они обусловлены?

5. Какие виды взаимодействия существуют в растворах полимеров и как они сказываются на свойствах растворов?

6. Что такое характеристическая вязкость? Как ее определяют?

7. В чем различие между истинными и коллоидными растворами? Приведите примеры коллоидных систем?

8. Что такое термодинамическое сродство компонентов раствора? Какие свойства раствора оно характеризует? Как оценивается термодинамическое сродство?

 

 

Раздел IV. Деструкция волокон

 

Волокна в процессе их эксплуатации подвергаются воздействиям различных химических, биологических и физических факторов среды, приводящих, как правило, к ухудшению их эксплуатационных свойств. Это связано с деструкцией полимера из которого изготовлено волокно. Основными видами физической деструкции являются термическая, радиационная, механическая и фотодеструкция.

Термическая деструкция обусловлена увеличением при повышении температуры вероятности сосредоточения на одной из химических связей в макромолекулах энергии, достаточной для разрыва этой связи. Для каждого полимера существует область температур, в которой происходит его быстрый распад. Большинство полимеров разрушается при 200-300^оС. В результате термической деструкции образуется большое количество летучих продуктов, которые состоят или из мономера, или из смеси различных веществ. Это зависит от химического строения и структуры макромолекулы полимера. Кроме того, образуется также нелетучий остаток – частично разложившийся полимер, который, в конце концов, превращается в кокс. Гораздо чаще полимеры и в частности волокна подвергаются совместному действию тепла и кислорода, т.е. термоокислительной деструкции. Термоокислительная деструкция начинается при более низкой температуре, чем термическая (на 100 – 200^оС). Это объясняется зарождением в полимере под действием кислорода свободных радикалов и развитием цепного процесса окисления.

Фотодеструкция – разрушение полимеров под действием света. Она происходит, если энергия квантов света выше энергии химических связей в молекуле полимера. Наибольшее разрушающее действие оказывает свет с короткой длиной волны (менее 400 нм). Чтобы излучение могло вызвать фотохимические реакции оно должно поглотиться полимером. Многие чистые полимеры прозрачны в ультрафиолетовой области спектра, но практически они быстро разрушаются в результате фотодеструкции, т.к. обычно содержат примеси и функциональные группы способные поглощать свет. Поскольку фотодеструкция в основном определяется энергией поглощенных квантов света, она может происходить и при очень низких температурах, например при температуре жидкого азота. В реальных условиях фотодеструкция происходит в присутствии кислорода. Это приводит к значительному ускорению процессов разложения полимера и образованию продуктов его окисления.

Радиационная деструкция – результат действия на полимер гамма – лучей, альфа - и бета – частиц, нейтронов. Все эти частицы обладают энергией, значительно превышающей энергию химических связей. В результате действия на полимер радиоактивного излучения в нем могут разорваться любые связи. Радиационная деструкция протекает практически при любой температуре.

Механическая деструкция – один из наиболее практически важных видов деструкции полимеров. Она происходит в результате действия механических напряжений, которые возникают при механической переработке полимера (формование нити). Так как энергия, необходимая для перемещения макромолекул, превышает энергию химических связей, механические воздействия приводят к расщеплению макромолекул, оказавшихся в зоне случайной концентрации механических напряжений. Когда механодеструкция проводится в инертной атмосфере, молекулярная масса полимера снижается до некоторого предельного значения. Минимальное предельное значение молекулярной массы определяется соотношением энергии химической связи в макромолекуле и энергии межмолекулярного взаимодействия. Кроме того большое влияние на характер процесса оказывает вид механического воздействия, величина прилагаемой нагрузки, температура и характер среды.

 

 

Лабораторная работа № 4.1

Определение температуры разложения волокон

 

Цель работы: изучить процесс термоокислительной деструкции волокон.

Для определения температуры разложения волокна собирают прибор, изображенный на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Прибор для определения температуры разложения волокон

В пробирку 1 прибора помещают около 0, 15 г. исследуемого волокна, помещают ее в баню и соединяют с помощью отвода с трехходовым краном с жидкостным манометром. Поворотом крана пробирку соединяют с жидкостным манометром и включают нагрев бани. Отмечают температуру по термометру и давление по манометру через каждые 5 мин., а при достижении температуры разложения – через 1 мин. Результаты измерений заносят в таблицу 4.1.

Таблица 4.1.

Волокно	Вес образца		Время, мин.	Тем – ра, °С	Давление, мм.в.ст.	Тразл, °С
	до испытаний	после испытаний

По результатам испытаний строят график изменения температуры и давления и находят температуру начала разложения волокна как изображено на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Графики зависимостей Т = f (t) (1) и Р = f (t) (2).

Порядок выполнения работы

1. Соберите прибор для определения температуры разложения волокон в соответствии с рис. 4.1.

2. Взвесьте на технических весах образец волокна массой 0, 1-0, 2 г и поместите его в пробирку 1 прибора.

3. Включите баню прибора в сеть и проведите измерения.

4. По достижении температуры 300° С выключите прибор, отсоедините пробирку 1 и извлеките из нее образец волокна.

5. Снова взвесьте образец на весах и определите изменение массы его в результате эксперимента.

6. Постройте графики и найдите температуру разложения волокна, как показано на рис. 4.2.

 

Контрольные задания и вопросы

1. Перечислить основные требования к волокнам текстильного назначения.

2. Что такое деструкция полимеров? Как изменяются эксплуатационные свойства полимеров в процессе деструкции? Какие виды деструкции вам изместны?

3. Какие волокна являются термостойкими? Чем определяются их свойства?

4. Какие волокна наиболее устойчивы к действию света, радиации и почему?

5. Что такое теплостойкость полимеров? Чем она характеризуется?

6. Что такое термостойкость полимеров? Чем она характеризуется?

 

 

Литература:

1.  Тагер А. А. Физико-химия полимеров – М.: Химия, 1978-544 с.

2.  Базовый лабораторный практикум по химической технологии волокнистых материалов: Учеб. для вузов / Под ред. Н. Е. Булушевой. – М.: РИОМГТУ, 2000-423 с.

3.  Тугов И. И., Кострыкина Г. И. Химия и физика полимеров – М.: Химия, 1989-432 с.

4.  Практикум по химии и физике полимеров. – М.: Химия 1974-256 с.

5.  Основы физики и химии полимеров. Под ред. Кулезнева В. Н. – М.: Высш. Шк. 1977-248 с.

6.  Химия и физика полимеров. Лабораторный практикум. Под ред. С. И. Меерсон. Моск. текстильный институт, 1977- 66 с.

 

⇐ Предыдущая123456

Поделиться: