Планы занятий по ВМС

1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВМС
Теоретические вопросы
Основные понятия и определения: мономер, олигомер, полимер, макромолекула, структурное звено, степень полимеризации, полимергомологи, сополимеры (статистические, привитые, блоксополимеры) [1:4, 32-34].
Классификация полимеров:
- гомоцепные и гетероцепные [1:19];
- природные, искусственные и синтетические [1:20];
- неорганические, органические, элементоорганические [1:9-18].
Линейные, разветвленные, циклические, сшитые полимеры [1:21].
Номенклатура полимеров: торговые названия, рациональная и систематическая номенклатура [1:24-32].
Изомерия полимеров [1:40-46]:
- структурная (типы соединения «голова-хвост», «голова-голова», «хвост- хвост»);
- геометрическая (цис-транс-изомерия);
- стереоизомерия (атактические, изотактические, синдиотактические полимеры).
Литература
Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения.
Семчиков Ю.Д. и др. Введение в химию полимеров.
Соколов Р.С. Химическая технология.
Белоцветов и др. Химическая технология.

Задачи и упражнения
Составьте схемы полимеризации следующих мономеров (с учётом возможности существования структурных и геометрических изомеров):
а) бутен-2; в) n-метоксистирол;
б) 4-хлорбутадиен-1,3; г) этилакрилат.
Составьте схемы сополимеризации следующих мономеров (с учётом возможности существования различных типов сополимеров):
а) этилен + пропилен; в) винилхлорид + винилацетат;
б) этилен + акрилонитрил; г) стирол + акриловая кислота.
Вычислите молекулярную массу политетрафторэтилена, если степень полимеризации равна 3000.
Вычислите молекулярную массу полистирола, если степень полимеризации равна 1500.
Вычислите молекулярную массу ПВХ, если степень полимеризации равна 1000.
Вычислите молекулярную массу полиэтилена, если степень полимеризации равна 3000.
Степень полимеризации полиэтилена в зависимости от способа получения полимера может изменяться от 1000 до 60000. Рассчитайте интервал изменения молекулярной массы.
Вычислите молекулярную массу полиизопрена, если степень полимеризации равна 2500.
Относительная молекулярная масса бутадиенового каучука равна 8000-450000. Определите степень полимеризации.
Вычислите относительную молекулярную массу натурального каучука (полимер изопрена), если степень полимеризации 2500.
Какова средняя степень полимеризации в образце полипропилена, средняя молярная масса которого равна 250000 г/моль?
Какова средняя степень полимеризации в образце поливинилхлорида, средняя молярная масса которого равна 500000 г/моль?
Вычислите степень полимеризации полипропилена, если средняя молекулярная масса его образца равна 357(103. Составьте схему полимеризации пропилена.
При получении вискозного волокна происходит изменение степени полимеризации и молекулярной массы целлюлозы (С6Н10О5)n. Подсчитайте молекулярные массы исходной целлюлозы и вискозного волокна, если степень полимеризации исходной целлюлозы n(900, а волокна n(350.
























Занятие № 2
ОСОБЕННОСТИ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ

Теоретические вопросы
Особые свойства полимеров, обусловливающие сферы их применения [3:370-373].
Фазовые состояния полимеров: кристаллическое и аморфное [1:144-147; 3:374].
Физические состояния полимеров: стеклообразное, высокоэластическое, вязкотекучее. Термомеханическая кривая. Пластификация полимерных материалов [1:147-158; 3:374-375].
Механические свойства полимеров:, деформационные свойства, прочностные свойства (ударная прочность, усталостная прочность, долговечность [1:158-162].
Электрические свойства полимеров [1:176-182].
Растворы полимеров: термодинамика растворения, коллигативные свойства растворов, определение молекулярных масс полимеров, набухание (ограниченное и неограниченное), гели [1:95, 102, 105, 107-109, 113-124; 3:376].
Литература
Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения.
Семчиков Ю.Д. и др. Введение в химию полимеров.
Соколов Р.С. Химическая технология.
Белоцветов и др. Химическая технология.

Лабораторная работа №1. Общие свойства полимеров
Опыт 1. Плавление полимеров
Для опыта возьмите кусочки или порошок полиэтилена, обладающего хорошей текучестью, и поместите в железный тигель. Дно тигля покройте слоем песка высотой 0,5 см. Полиэтилена в тигле должно быть столько, чтобы покрыть шарик ртути термометра. Тигель поставьте на асбестовую сетку (этим достигается равномерность его нагревания). Нагревайте тигель на пламени спиртовки. Запишите наблюдения, сделайте вывод.
Опыт 2. Растворимость полимеров
Растворы высокомолекулярных соединений представляют собой вязкую жидкость. Причем процесс растворения протекает медленно, проходит через стадию набухания, в ходе которого молекулы низкомолекулярной жидкости проникают в межмолекулярные пространства высокомолекулярного вещества, ослабляя силы межмолекулярного взаимодействия.
Возьмите кусочки изделий из поливинилхлорида, полистирола (пленка, опилки), фенолформальдегидной пластмассы, каучука и резины и отдельно поместите их в пробирки с растворителями: бензолом, ацетоном, дихлорэтаном. Запишите наблюдения.
Опыт 3. Электрические свойства полимеров
К электродам прибора для определения электропроводности веществ поочерёдно поднесите изделия из различных пластмасс (поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен, полиметилметакрилат и т.д.), каучук, резину. Запишите наблюдения, сделайте вывод.
Опыт 4. Механическая прочность полимерных материалов
Для опыта можно использовать: полиэтилен, поливинилхлорид (трубка, кожа, винипласт), фенолформальдегидные пластмассы, резину, капроновые нити и т.д. Кусочки образцов испытайте на удар, разлом; запишите наблюдения.


Задачи
Полимер массой 2 г поместили в склянку с бензином. Через 20 мин полимер вынули из склянки и взвесили, масса стала 2, 5 г. Рассчитайте степень набухания.
При набухании 200 г каучука поглотилось 964 мл хлороформа (плотность 1,9 г/мл). Рассчитайте степень набухания каучука и состав полученного студня (в массовых долях).
При набухании образца резины массой 50 г поглотилось 15 мл бензола (плотность 0,89 г/мл). Рассчитайте степень набухания резины.
Степень набухания полиамидного волокна капрон в воде составляет 10-12%. Как изменится при этом масса образца полимера от первоначального значения 75 г?
Степень набухания полиакрилонитрильного волокна в воде составляет 2%. Как изменится при этом масса образца полимера от первоначального значения 425 г?
Природные полимеры каррагинаны относятся к полисахаридам (представляют собой неразветвленные сульфатированные гетерогликаны) и содержатся в красных морских водорослях, широко используются в пищевых технологиях как загустители и гелеобразователи. Так, например, одна из разновидностей каррагинанов образует гели с молоком при концентрациях 0,02-0,2%. Какая масса каррагинана необходима для производства 100 г молочного десерта?
Для изготовления пленки на основе полиметилакриламида 100 г полимера (степень полимеризации 200000) растворили в 500 мл этилацетата (плотность 0,9 г/мл). Рассчитайте массовую долю и молярную концентрацию полимера в растворе.
Для получения пленки необходимо приготовить раствор поливинилацетата в метаноле. Какие массу полимера и объем растворителя следует взять для приготовления 10 кг 35%-го раствора? Плотность метанола 0,79 г/мл.
Для получения загустителя на основе полиэтиленоксида 150 г полимера со средней молекулярной массой 500000 растворили в 5 л воды. Рассчитайте степень полимеризации полимера, массовую и молярную концентрации раствора.
Полиакрилонитрильные волокна производят формованием из раствора полимера в диметилформамиде (плотность 0,94 г/мл). Какой объем растворителя необходим для получения 20%-го раствора из 1 кг полимера?
Для интенсификации очистки воды коагулированием применяют флокулянты. Чтобы очистить 1000 м3 воды с содержанием взвешенных частиц 0,05% необходимо ввести 75 г полиакриламида (средняя молекулярная масса 1 млн), с этой целью использовали 5%-ный раствор полимера в воде. Рассчитайте массу раствора коагулянта и степень полимеризации полиакриламида.
При формовании волокна мокрым способом используют 15%-ый раствор поливинилового спирта (степень полимеризации 3000) в воде. Рассчитайте молярную концентрацию полимера в растворе.







































Занятие №3
ПОЛУЧЕНИЕ ВМС ПОЛИМЕРИЗАЦИЕЙ

Теоретические вопросы
Радикальная полимеризация [1: 183].
Типы мономеров [1: 183].
Методы инициирования. Типы инициаторов [1: 183-189].
Рост цепи, обрыв цепи [1: 191-192].
Передача цепи, регуляторы и ингибиторы [1: 195, 198-201, 202].
Катионная полимеризация
Типы мономеров [1: 225, 249].
Типы катализаторов, роль сокатализаторов [1: 225].
Механизм процесса. Реакции передачи цепи [1: 227-229].
Анионная полимеризация
Типы мономеров [1: 233, 249].
Типы катализаторов [1: 233].
Механизм процесса [1: 235-236].
«Живые» полимеры [1: 237-238].
Ионно-координационная полимеризация [1: 242-245].
Способы осуществления полимеризации: в массе, в растворе, в эмульсии, в суспензии [1: 221-225, 232; 3].

Литература
Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения.
Семчиков Ю.Д. и др. Введение в химию полимеров.
Анисимова Т.В. Общие закономерности процессов полимеризации / В помощь учителю химии. Вып. 6.
Белоцветов и др. Химическая технология.

Задачи и упражнения
Разберите механизм радикальной полимеризации бутена-1.
Разберите механизм радикальной полимеризации стирола в присутствии динитрила азоизомасляной кислоты.
Разберите механизм радикальной полимеризации метилметакрилата в присутствии перекиси бензоила.
Приведите первые 4 ступени в протекании цепной радикальной реакции полимеризации:
а) хлоропрена в присутствии персульфата калия;
б) сополимеризации бутадиена-1,3 с акрилонитрилом в присутствии гидроперекиси изопропилбензола.
Разберите механизм катионной полимеризации на примере пропилена.
Разберите механизм катионной полимеризации изобутилена в присутствии фторида бора и воды в качестве сокатализатора.
Разберите механизм катионной полимеризации метилвинилового эфира в присутствии хлорной кислоты.
Разберите механизм анионной полимеризации на примере акриловой кислоты.
Разберите механизм анионной полимеризации метакриловой кислоты в присутствии бутиллития.
Разберите механизм анионной полимеризации акрилонитрила в присутствии амида натрия.
Разберите механизм ионно-координационной полимеризации на примере изопрена.
Составьте схему радикальной полимеризации пропилена с участием перекиси ацетила.
Составьте схему радикальной полимеризации бутена-1 с участием перекиси бензоила.
Составьте схему полимеризации бутена-1 в присутствии катализатора бромида алюминия и сокатализатора бромоводорода.
Этилен под давлением 150-300 МПа и нагревании до 180-200оС в присутствии незначительных количеств кислорода полимеризуется. Составьте схемы протекающих реакций.
Полиэтилен при нормальном давлении можно получить при полимеризации с участием в качестве катализатор триэтилалюминия. Последний получают при взаимодействии тонкого порошка алюминия с этиленом и водородом в среде высококипящего углеводорода. Составьте уравнение реакции образования триэтилалюминия.
Тетраметилэтилен полимеризуется с большим трудом вследствие экранирования двойной связи метильными группами: только при давлении 2700 МПа и температуре 300оС получается олигомер, содержащий в среднем 5 структурных звеньев. Составьте уравнения реакций.
Для производства ПВХ суспензионным способом использованы следующие вещества (в массовых долях): винилхлорид 100, вода 150, другие компоненты 2. Рассчитайте массовую долю полимера в латексе, если конверсия составила 85%, а в автоклав загружено 24 т сырьевых компонентов.
В качестве инициатора полимеризации винилхлорида эмульсионным способом используется 1,25%-ый водный раствор персульфата калия в количестве 1,5% от массы мономера. Рассчитайте массу персульфата калия, введенного в полимеризатор, производительность которого 625 кг/ч (в расчете на полимер). Продолжительность процесса 20 ч, а конверсия винилхлорида 92% (по массе).
Рецепт эмульсионной периодической полимеризации винилхлорида следующий: водная фаза 3,7 м3, винилхлорид 4,2 м3 (плотность 969,2 кг/м3), инициатор (40%-ый раствор пероксида водорода) 18 кг, эмульгатор 182 кг. Вычислите выход полимера, если через 20 ч полимеризации и удаления незаполимеризовавшегося винилхлорида на коагуляцию подано 7767,1 кг латекса.
Сколько взято для полимеризации эмульсионным методом винилхлорида и водной фазы, если объем автоклава 25 м3, а коэффициент его заполнения 0,9? Латекс, выходящий из полимеризатора, имеет плотность 1150 кг/м3 и содержит 0,42 массовые доли ПВХ. Конверсия мономера 92%.
Определите суточную производительность реактора суспензионной полимеризации винилхлорида по следующим данным: объем полимеризатора 65 м3; коэффициент загрузки 0,9; объемный модуль загрузки (отношение мономера к воде) 1:1,2; продолжительность полимеризации 10 ч; выход полимера 95% (от массы винилхлорида); плотность жидкого винилхлорида, подаваемого в реактор, 937 кг/м3.
Рассчитайте рабочий объем автоклава эмульсионной полимеризации винилхлорида, если из него за один цикл выгружено 24,44 т латекса плотностью 1150 кг/м3. Коэффициент загрузки автоклава 0,85.
Рассчитайте объем винилхлорида для получения 15 т полимера суспензионным методом, если выход ПВХ, содержащего 3% примесей (по массе), составил 95%.




























Занятие №4
ПОЛУЧЕНИЕ ВМС ПОЛИКОНДЕНСАЦИЕЙ

Теоретические вопросы
Основные особенности реакций поликонденсации [1: 256].
Гомо- и гетерополиконденсация [1: 257].
Равновесная и неравновесная поликонденсация [1: 257- 259].
Влияние условий реакции на константу равновесия и молекулярную массу полимера [1: 258-260].
Способы проведения поликонденсации (в растворе, расплаве, на границе раздела фаз) [3].
Представители природных поликонденсационных полимеров [1: 9-12].
Литература
Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения.
Семчиков Ю.Д. и др. Введение в химию полимеров.
Анисимова Т.В. Общие закономерности процессов поликонденсации // Совершенствование преподавания химии в школе и вузе. Вып. 1.

Лабораторная работа №2
Получение полимеров поликонденсацией
Опыт 1.Получение резольной смолы
Реактивы: фенол, моли - 1; формальдегид (40% р-р), моли – 1,25; NH4OH 25%, % от массы фенола – 1,5.
Оборудование: круглодонная колба с обратным холодильником, водяная баня.
Ход работы
В круглодонную колбу с обратным холодильником поместите 20 г фенола и расчётное количество формалина. Перемешивайте до растворения фенола. Добавьте в раствор катализатор – раствор NH4OH и постепенно нагревайте реакционную смесь на водяной бане до 90 – 95 0С. Выдержите при этой температуре 30 – 45 мин до расслоения, после чего охладите до комнатной температуры, слейте верхний слой. Остаток вылейте в фарфоровую чашку и высушите в вакуумном шкафу до постоянной массы.
Опыт 2. Получение новолачной смолы
Реактивы: фенол, моли – 1,14; формальдегид (40% р-р), моли – 1; H2SO4 1н, мл – 0,45.
Оборудование: круглодонная колба с обратным холодильником, водяная баня.
Ход работы
В колбу с обратным холодильником поместите 20 г фенола и расчётное количество формалина. После полного растворения фенола колбу поместите в баню с холодной водой и постепенно при перемешивании добавьте 0,45 мл 1н серной кислоты. Водяную баню медленно нагрейте до кипения. Тщательно следите за возможностью выброса реакционной смеси из колбы. Выдержите колбу в кипящей бане до резкого расслоения реакционной массы. После этого охладите содержимое колбы, слейте верхний слой, смолу вылейте в фарфоровую чашку и высушите в вакуумном шкафу при 60– 70 0С.

Задачи и упражнения
Составьте уравнения поликонденсации дихлорсилана.
Составьте уравнения сополиконденсации фенола и дихлорангидрида терефталевой кислоты.
Составьте уравнения сополиконденсации гексаметилендиамина и адипиновой кислоты.
Составьте уравнения сополиконденсации гексаметилендиамина и дихлорангидрида адипиновой кислоты.
Составьте уравнения сополиконденсации п-дихлорбензола и полисульфида натрия.
Составьте уравнения поликонденсации диметилсиландиола.
Составьте уравнения сополиконденсации бутандиола-1,4 и бутандиовой кислоты.
Составьте уравнения сополиконденсации глицерина и терефталевой кислоты.
Составьте уравнения поликонденсации, приводящей к получению полиамида-6,6.
Составьте уравнения сополиконденсации, приводящей к получению полиамида-6,10.
Составьте в общем виде уравнения получения полимера из диола и диизоцианата.
Составьте уравнения поликонденсации, приводящей к получению резольной смолы.
Составьте уравнения поликонденсации, приводящей к получению новолачной смолы.
Определите степень поликонденсации ПЭТФ с молекулярной массой 19000.
Какую массу формалина с массовой долей формальдегида 40% и раствора аммиака с массовой долей 25% следует загрузить в реактор для получения фенолформальдегидной смолы, если масса фенола 188 кг, а молярное соотношение фенол : формальдегид : аммиак составляет 1 : 1 : 0,13?
Какая масса
·-аминокапроновой кислоты была взята для получения капрона, если в результате реакции выделилась вода массой 72 кг?
Волокно анид получают поликонденсацией гексаметилендиамина и адипиновой кислоты. Составьте уравнение реакции. Какая масса этих веществ расходуется для получения поликонденсата массой 5 т, если потери составляют 5%?
Волокно лавсан получают реакцией поликонденсации этиленгликоля с метиловым эфиром терефталевой кислоты. Какую массу полимера можно получить из этиленгликоля массой 800 т, если выход составляет 89% от теоретического?


Занятие №5
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ПОЛИМЕРОВ
Теоретические вопросы
Классификация химических реакций ВМС.
Полимераналогичные превращения: определение, отличия от соответствующих реакций низкомолекулярных соединений [1: 360].
Факторы, влияющие на реакционную способность полимеров: доступность функциональных групп, влияние соседних групп, стерический, электростатический и надмолекулярный эффекты [1: 334-340].
Химическая модификация целлюлозы [1: 361-362].
Макромолекулярные реакции. Реакции сшивания макромолекул [1: 340-346].
Вулканизация каучуков [1: 343-345].
Литература
Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения.
Семчиков Ю.Д. и др. Введение в химию полимеров.
Соколов Р.С. Химическая технология.
Лабораторная работа №3
Химическая модификация целлюлозы
Химическая модификация полимеров заключается в направленном изменении свойств полимера путем проведения взаимодействий макромолекул полимера с низко- или высокомолекулярными веществами-модификаторами. Промышленное применение получили полимераналогичные превращения целлюлозы путем ацетилирования и нитрования.
Ацетаты целлюлозы применяются в виде пленок или волокон. В зависимости от соотношения реагентов и условий реакции можно получать триацетатные волокна (280 – 290 ацетильных групп на 100 элементарных звеньев) и собственно ацетатное волокно (240 – 250 ацетильных остатков на 100 элементарных звеньев). Ацетатные волокна по устойчивости к воздействию света, атмосферных факторов, микроорганизмов и насекомых превосходят природные полимеры. Ткани из ацетатных волокон практически не мнутся и хорошо держат форму, устойчивы к действию многих растворителей. Недостатками ацетатных волокон являются электризуемость, малая гигроскопичность и низкая износоустойчивость.Нити ацетатного волокна используют для изготовления трикотажных изделий, подкладочных тканей, гардинного полотна. Жгутовое ацетатное волокно используют в приготовлении сигаретных фильтров. Из полого ацетатного волокна, стенки которого обладают селективной проницаемостью, изготавливают мембраны для ультрафильтрации и диализа.
Нитраты целлюлозы представляют собой рыхлую волокнистую массу, не растворимую в воде. Они растворимы в ацетоне, концентрированной серной кислоте, набухают во многих органических растворителях. Нитраты целлюлозы используют для изготовления нитролаков и нитроэмалей. Пироксилин (тринитрат целлюлозы) применяют как взрывчатое вещество при изготовлении бездымного пороха и динамита. На основе коллоксилина (продукт частичной этерификации с содержанием азота 10 – 12%) получают целлулоид, из которого ранее изготавливали клавиатуру приборов, галантерейные изделия, киноплёнку. Главным недостатком целлулоида является его горючесть.
Опыт 1. Получение и свойства триацетата целлюлозы
Оборудование и реактивы: вата, уксусный ангидрид, ледяная уксусная кислота, Н2SО4 конц., ацетон, плоскодонная колба 50 мл, химический стакан 300 мл, широкая пробирка, резиновая пробка с обратным холодильником, водяная баня, электроплитка, спиртовка, предметное стекло.
Ход работы
а) Получение триацетата целлюлозы
В плоскодонную колбу налейте 5 мл уксусного ангидрида, 5 мл ледяной уксусной кислоты (растворитель целлюлозы) и 2 капли серной кислоты (катализатор). Небольшой кусочек ваты хорошо смочите водой и поместите в колбу. После охлаждения разогревшейся смеси нагрейте её на кипящей водяной бане при постоянном помешивании стеклянной палочкой до полного растворения целлюлозы. Осаждение ацетилцеллюлозы происходит при помощи воды. Для этого содержимое колбочки вылейте тонкой струёй в стакан с 250 – 300 мл ледяной воды, при этом выпадают белые хлопья триацетата целлюлозы. Осадок отфильтруйте, промойте водой, высушите спиртом или в фарфоровой чашке на кипящей водяной бане. Готовый триацетат целлюлозы представляет собой белую аморфную массу, не растворимую в воде.
б) Изучение свойств
Триацетат целлюлозы поместите в пробирку с 1-2 мл ацетона, закройте пробкой с обратным холодильником и при перемешивании кипятите на водяной бане 2 – 3 мин. Полученный раствор вылейте на предметное стекло и дайте испариться ацетону. На стекле остаётся плёнка, которую снимают и вносят в пламя горелки. Плёнка загорается с трудом.
Опыт 2. Получение и свойства нитратов целлюлозы
Оборудование и реактивы: вата, НNО3 конц., Н2SО4 конц., плоскодонная колба или стаканчик, кристаллизатор, водяная баня, спиртовка, пробирка, тигельные щипцы, фильтровальная бумага, предметное стекло, фарфоровая чашка.
Ход работы
а) Получение нитратов целлюлозы
В колбу или стакан, охлаждаемый в кристаллизаторе холодной водой, налейте 3 мл азотной и 6 мл серной кислоты. После охлаждения нитрующей смеси поместите в неё небольшой разрыхлённый кусочек ваты. Смесь нагрейте, постоянно помешивая, на водяной бане 5 – 6 мин при 60 – 70 0С. Затем вату хорошо промойте проточной водой, отожмите между листами фильтровальной бумаги и высушите в фарфоровой чашке на кипящей водяной бане. В условиях опыта преимущественно образуется коллоксилин, его разделите на 3 части для дальнейших опытов.
б) Изучение свойств
Горение: пинцетом внесите в пламя кусочек ваты, а затем нитроцеллюлозы. Сравните характер горения.
Взрыв нитратов целлюлозы: на дно сухой пробирки поместите кусочек нитроцеллюлозы, уплотните его стеклянной палочкой и нагрейте в пламени, повернув отверстие пробирки в сторону от людей. Коллоксилин вылетает из пробирки и разлагается с хлопком.
По окончании работы и записи наблюдений составьте уравнения реакций: а) получения триацетата целлюлозы;
б) частичного омыления триацетата в диацетат;
в) получения динитрата целлюлозы;
г) разложения коллоксилина.

Задачи и упражнения
Составьте схемы получения ВМС, указав условия реакций: а) поливиниловый спирт; б) карбоксиметилцеллюлоза; в) триацетат целлюлозы.
Составьте схемы реакций: а) хлорсульфирования полиэтилена; б) хлорирования и гидрохлорирования полибутадиена; в) взаимодействия полиакролеина с гидроксиламином, гидросульфитом натрия; г) этерификации полиакриловой кислоты.
Составьте схемы реакций: а) хлорирования полибутадиена; б) взаимодействия полиакролеина с фенилгидразином; в) сульфирования полистирола; г) гидролиза полиметилметакрилата.
Составьте схемы реакций: а) гидрирования полистирола; б) гидрогалогенирования натурального каучука; в) образования соли и эфира полиакриловой кислоты; г) хлорирования полиэтилена;
Составьте схемы реакций: а) гидрирования бутадиен-стирольного каучука; б) восстановления полинитропропилена; в) образование соли и эфира полиметакриловой кислоты; г) хлорирования натурального каучука (происходит замещение атома Н в (-метиленовой по отношению к двойной связи группе).
Составьте схему вулканизации этилен-пропиленового каучука в присутствии пероксида.
Составьте схему вулканизации бутадиенового каучука серой.
Какую массу азотной кислоты затратили, если получили 2 т динитроцеллюлозы при выходе 72% от теоретического?
Какая масса сухой древесины лиственницы и уксусного ангидрида расходуется на получение триацетатцеллюлозы массой 50 т, если выход составляет 86% от теоретического, а содержание целлюлозы в древесине лиственницы 51,6%?
Рассчитайте расходный коэффициент уксусного ангидрида на 1 т триацетилцеллюлозы, если потери на этой стадии производства составляют 3%.
При перекисной вулканизации этиленпропиленовых и кремнийорганических каучуков на 100 масс. долей каучука берут 3 масс. доли перекиси бензоила. Сколько массовых долей гидроперекиси изопропилбензола надо взять для вулканизации 106 масс. долей каучука вместо перекиси бензоила, чтобы вызвать такой же эффект сшивания?
Определите коэффициент вулканизации мягкой резины, если образец вулканизата массой 250 г содержит 3 г связанной серы, а содержание каучука в вулканизате 60% (по массе).







Занятие №6
ДЕСТРУКЦИЯ ВМС.
СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Теоретические вопросы
Деструкция и старение ВМС. Классификация.
Деструкция под действием физических факторов: термическая деструкция; термоокислительная деструкция; фотохимическая деструкция; радиационная деструкция; механическая деструкция.
Химическая деструкция: гидролиз; ацидолиз; аминолиз; окисление
Деструкция под действием биологических факторов
Стабилизация полимеров
Переработка полимерных материалов в изделия: прессование; литьё под давлением; экструзия; термоформование.

Литература
Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения.С.346-360.
Соколов Р.С. Химическая технология.
Анисимова Т.В. Деструкция полимеров / Совершенствование преподавания химии в школе и вузе.
Белоцветов и др. Химическая технология.

Задачи и упражнения
Рассчитайте длину волны излучения, которое могло бы вызвать разрыв связи С-С в основной цепи полиэтилена, если энергия диссоциации связи составляет 374 кДж/моль.
Рассчитайте длину волны излучения, которое могло бы вызвать отщепление фенильного радикала (С6Н5) от основной цепи полистирола, если энергия диссоциации связи составляет 381 кДж/моль.
Продукты термического распада полиэтилена на 96% состоят из олигомеров, средняя их молекулярная масса равна 700. Рассчитайте степень полимеризации.
Глубина распада полистирола при температуре около 330оС составляет 50% за 2 часа, при этом в продуктах распада содержится до 50% мономера. ПДК стирола в рабочей зоне равна 1,5 мг/м3. При нарушении технологии переработки полистирола материал массой 5 кг перегрелся и имел температуру 350оС в течение 30 мин. Сравните возможную концентрацию стирола в атмосфере цеха площадью 400 м2 и высотой потолка 3 м с ПДК.
При изучении термической деструкции ПВХ выделяющийся хлороводород пропускали в раствор нитрата серебра. Какая доля образца полимера подверглась деструкции, если начальная его масса составляла 20 г, а масса выпавшего осадка – 1,43 г?
При изготовлении изделий из полиметилметакрилата (ПММА) в воздух попадают метилметакрилат, акрилонитрил, бутилакрилат. ПДК метилметакрилата в воздухе рабочей зоны составляет 0,07 мг/м3. Рассчитайте, какая масса полимера подверглась деполимеризации, если в цехе объемом 250 м3 концентрация загрязнителя в воздухе достигла значения ПДК.
Отходы ПВХ массой 1 кг сожгли на воздухе. Определите объем (н.у.) образовавшегося хлороводорода.
При сжигании 1 кг мягкого ПВХ выделяется от 1 мг диоксинов. При ремонте старый линолеум в помещении площадью 40 м2 заменили. Какая масса диоксина выделилась бы в атмосферу при его сжигании? Толщина линолеума 4 мм, плотность 1,4 т/м3.



































Занятие №7
ЭЛАСТОМЕРЫ
Теоретические вопросы
Понятия «эластомер», «каучук», «резина».
Особенности свойств эластомеров (высокоэластическая деформация, вынужденная кристаллизация и др.)
Классификация каучуков:
а) натуральные и синтетические;
б) общего назначения и специального назначения.
Строение, свойства и области применения важнейших промышленных синтетических каучуков [1: 426-427; 2]
Производство бутадиен-стирольного каучука СКС [1: 429-434]
Производство изопренового каучука СКИ-3[1: 434-437]
Переработка каучука в резиновые изделия [1: 437-441]
Литература
Соколов Р.С. Химическая технология.
Анисимова Т.В. Синтетические каучуки / В помощь учителю химии. Вып. 2.

Лабораторная работа №4
Исследование свойств каучуков и резины
Оборудование: спиртовка, тигельные щипцы, ложечка для сжигания, штатив с пробирками, асбестированная сетка, песчаная баня, пробирки с газоотводными трубками, химические стаканы на 100 мл, штатив с лапками, стеклянная воронка, мерные пробирки.
Реактивы: серная кислота конц. и разбавленная (1:5), азотная кислота конц. (плотность 1,4); соляная кислота конц., растворы гидроксида натрия (20% и 8%), раствор ацетата или нитрата свинца, раствор перманганата калия, бромная вода (невысокой концентрации), твердый гидроксид натрия; бензин, бензол, машинное масло, этанол.
Ход работы
Опыт 1. Характер горения
С помощью тигельных щипцов внесите кусочки каучуков и резин в пламя спиртовки. Образец силиконового каучука поместите в ложечку для сжигания и внесите в пламя спиртовки. Отметьте наблюдения: размягчается ли материал, отделяются ли от него капли; каков цвет пламени, коптит ли оно; какова структура остатка.
Опыт 2. Отношение к химическим реагентам
Кусочки (полоски) каучуков и резин поместите в пробирки с растворами кислот и щелочей. Через сутки образцы достаньте, промойте водой, испытайте на растяжение. Результаты занесите в таблицу.
Опыт 3. Отношение к органическим растворителям
Кусочки (полоски) каучуков и резин поместите в пробирки с 1-1,5 мл растворителей. Через сутки достаньте, промойте водой и испытайте на растяжение. Результаты занесите в таблицу.
Тип каучука или резины
Действие кислот и щелочей
Действие орг.растворителей


H2SO4,
конц.
H2SO4
1:5
HNO3,
конц.
HCl,
конц.
NaOH,
20%
NaOH, 8%
Бензин
Бензол
Машин.
масло
Этанол














Опыт 4. Отношение к бромной воде
В пробирки поместите мелкие кусочки каучуков и резин, прилейте по 1 мл бромной воды. Энергично взболтайте. Результаты внесите в таблицу.
Опыт 5. Разложение каучуков и резин
В пробирку с газоотводной трубкой поместите кусочек каучука или резины, закрепите в лапке штатива, нагрейте пламенем спиртовки. Образующиеся парообразные продукты разложения поочерёдно пропускайте в пробирки с растворами перманганата калия и бромной воды. Сравните с контрольными растворами. Результаты внесите в таблицу.
Опыт 6. Открытие серы
Мелкие кусочки каучука или резины поместите в сухую пробирку, добавьте равное по объему количество твердого гидроксида натрия, осторожно сплавьте на слабом пламени. Горячую пробирку опустите в стакан с небольшим количеством воды – 6-7 мл; пробирка лопнет. Раствор кипятите около 5 мин и профильтруйте. К фильтрату добавьте немного раствора свинцовой соли. Результаты занесите в таблицу.
Опыт 7. Открытие сажи
Опыт выполняют в вытяжном шкафу!
0,2 г мелко нарезанной резины поместите в стакан, прилейте 10 мл концентрированной азотной кислоты, нагрейте на асбестированной сетке до тех пор, пока жидкость не перестанет пениться. Черный цвет жидкости указывает на присутствие сажи. Результаты занесите в таблицу.
Тип каучука или резин
Действие на бромную воду при комн. темп.
Действие продуктов разложения на
Наличие серы
Наличие сажи



KMnO4
бромную воду











Задачи и упражнения
Первый синтетический каучук в лаборатории был получен И.Л.Кондаковым в 1888 г. из диметилбутадиена, но промышленного применения не получил. Составьте схему полимеризации 2,3-диметилбутадиена-1,3, озонирования полученного полимера, разложения образовавшегося озонида водой.
Первый в мире завод синтетического каучука был пущен в Ярославле в 1932 г. на основе способа, разработанного С.В.Лебедевым. Каучук по этому способу получали из дивинила в присутствии катализатора – металлического натрия. Составьте схему реакции полимеризации и проекционные формулы фрагментов молекул цис- и транс-полибутадиена.
Французский ученый Г.Бушард доказал, что отдельные звенья натурального каучука состоят из остатков изопрена. Составьте схему реакции полимеризации изопрена, проекционные формулы фрагментов молекул натурального каучука (цис-полиизопрен) и гуттаперчи (транс-полиизопрен).
Исходным сырьем для получения хлоропренового каучука является ацетилен. Реакция идет по схеме: ацетилен ( винилацетилен ( хлоропрен ( полимер хлоропрена. Составьте уравнения реакций, укажите условия их проведения.
Осуществите превращения:
а) метан ( СКБ; б) газы крекинга нефти (хлоропреновый каучук.
Для оценки соотношения стирольных и бутадиеновых звеньев в бутадиен-стирольном каучуке можно использовать титрование бромом. Определить соотношение бутадиеновых и стирольных звеньев в образце каучука, 0,284 г которого присоединяет бром массой 0,173 г.
Природный газ используется для производства стереорегулярного дивинилового каучука. Какой объём газа (0,95 объёмной доли метана) необходим для получения 10 т такого каучука?
Составьте схемы получения некоторых синтетических каучуков специального назначения: а) маслостойкого бутадиеннитрильного (СКН); б) устойчивого к старению и химическим воздействиям бутилкаучука; в) фторкаучука СКФ, превосходящего все другие каучуки по масло-, износо- и теплостойкости (сополимер бутадиена-1,3 и 1,1,4,4-тетрафторбутадиена-1,3).
Латекс гевеи бразильской содержит (масс. доли): каучука 34; белков и углеводов 4,5; воды и других компонентов 61,5. Перед коагуляцией его разбавляют водой (1:1). Рассчитайте массу сырого товарного каучука с содержанием 92% основного вещества, который может быть теоретически получен из 50 т раствора латекса.
Рассчитайте расход хлорида натрия и 98%-ой серной кислоты на 1 т каучука, который выделяется при коагуляции латекса СКС-30, если содержание полимера в нем 60% (по массе). Коагуляцию проводят насыщенным раствором хлорида натрия и 5%-ым раствором серной кислоты, а лабораторный анализ показал, что на 10 г латекса требуется 2,69 г хлорида натрия и 5,38 мл 5%-го раствора серной кислоты.












Занятие №8
ВАЖНЕЙШИЕ ПЛАСТМАССЫ
Теоретические вопросы
Состав и классификация пластических масс.
Полимеризационные пластмассы:
а) полиэтилен: сравнение способов полимеризации, свойств и применения;
б) полипропилен: строение, свойства, получение в промышленности, применение;
в) полистирол: строение, свойства, получение в промышленности, применение;
г) материалы на основе поливинилхлорида: сравнение состава и свойств;
д) фторсодержащие полимеры: строение и свойства;
е) полиметилметакрилат: строение и свойства.
Поликонденсационные пластмассы:
а) фенолформальдегидные смолы (новолаки и резолы): получение в промышленности, переработка, строение, свойства, применение [1: 266-267];
б) аминопласты [1: 268-269].
Литература
Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения.
Соколов Р.С. Химическая технология.
Белоцветов и др. Химическая технология.
Анисимова Т.В. Пластические массы / В помощь учителю химии. Вып. 4.

Лабораторная работа №5. Исследование свойств пластмасс
Оборудование и материалы: образцы полимеров; Н2SО4 конц.; НNО3 конц.; 10% раствор щёлочи; бромная вода; раствор KMnO4; AgNO3 раствор; бензол, ацетон, дихлорэтан; пробки с газоотводными трубками, пробирки, спиртовки, асбестовые сетки; тигельные щипцы, чашки с песком; медная пластина; стеклянные палочки.
Опыт 1. Исследование свойств полиэтилена
а) Внешний вид и прочность полиэтилена. Рассмотрите выданные образцы, обратите внимание на цвет, запах, прозрачность, прочность (испытайте на разрыв, удар). Запишите наблюдения.
б) Отношение к кислотам и щелочам. Образцы поместите в три пробирки и прилейте в первую серную кислоту, вторую – азотную, третью – раствор щёлочи. Запишите наблюдения.
в) Горение полиэтилена. Тигельными щипцами внесите кусочек материала в пламя горелки; когда он загорится, горелку отставляют. Горящий полиэтилен держат над чашкой с песком. Отметьте, с какой скоростью загорается полиэтилен; каков цвет и характер пламени; запах; продолжается ли горение образца после вынесения его из пламени.
г) Разложение полиэтилена. Гранулами полиэтилена приблизительно на треть заполните пробирку, закройте её пробкой с газоотводной трубкой и нагрейте. Раствор перманганата калия разлейте на две пробирки, одна служит для контроля, во вторую направьте газообразные продукты разложения. Отметьте происходящие изменения. Аналогичным путем исследуете взаимодействие продуктов разложения с бромной водой. Запишите схемы протекающих реакций.
Опыт 2. Исследование свойств полипропилена
а) Внешний вид. Прочность. Рассмотрите кусочки изделий из полипропилена, обратите внимание на цвет, запах и сравните его с полиэтиленом.
б) Отношение к кислотам и щелочам. Опыт проводят также как с полиэтиленом.
в) Горение полипропилена. Опыт проводят также как с полиэтиленом.
Опыт 3. Исследование свойств поливинилхлорида
а) Внешний вид. Прочность. Рассмотрите образцы: кусочки изоляционных трубок, отделочных плёнок, искусственной кожи, винипласта. Испытайте их на разрыв и ломкость. Изделия из ПВХ с пластификатором – пластикат – эластичны, механически прочны и могут иметь различную окраску. Изделия из ПВХ без пластификатора – винипласт – механически прочны, жёстки.
б) Характер горения. Кусочек материала внесите в пламя и обратите внимание на характер его горения. Вынесите образец из пламени. Продолжается ли его горение?
в) Термическое разложение. Заполните пробирку приблизительно на треть кусочками ПВХ, нагрейте её на спиртовке. ПВХ при нагревании быстро разлагается, в продуктах разложения содержатся хлороводород, непредельные соединения. Газообразные продукты разложения ПВХ исследуют следующими способами:
( к отверстию пробирки поднесите универсальную индикаторную бумагу, отметьте изменения;
( пробирке с ПВХ присоедините газоотводную трубку, её конец погрузите в раствор нитрата серебра. Пробирку нагрейте и наблюдайте за изменениями;
( продукты разложения ПВХ пропускайте в течение нескольких минут в 2– 3 мл воды, затем смочите этим раствором предварительно прокалённую медную пластину и внесите её в пламя. Отметьте окраску пламени.
Составьте схему термического разложения ПВХ.
Опыт 4. Исследование свойств полистирола.
а) Внешний вид. Прочность. Рассмотрите образцы, испытайте их на ломкость. Запишите наблюдения.
б) Отношение к нагреванию. В стакан с кипящей водой погрузите на ѕ величины тонкую пластинку или стержень из полистирола. Отметьте наблюдаемые изменения.
в) Действие растворителей. Мелкие кусочки полистирола (опилки) поместите в отдельные пробирки с бензолом, ацетоном и дихлорэтаном. Запишите наблюдения.
г) Горение. Внесите тигельными щипцами в пламя кусочек полистирола. Обратите внимание на характер горения и запах продуктов разложения, продолжается ли горение образца после вынесения его из пламени.
д) Деполимеризация стирола. В пробирку поместите более чем на 1/5 её объёма кусочки полистирола, к отверстию пробирки присоедините газоотводную трубку с пробкой. Приёмником служит другая пробирка, помещённая в холодную воду и прикрытая сверху ватой. Для стекания жидкости пробирку с полистиролом укрепляют в штативе наклонно (отверстие должно быть ниже). Отверстие для трубки в резиновой пробке должно быть не в центре, а ближе к краю. После нагревания пробирки в приёмник собирается бесцветная или желтоватая жидкость с запахом цветущих гиацинтов.
Опыт 5. Исследование свойств полиметилметакрилата
а) Внешний вид. Прочность. Рассмотрите выданные образцы (органическое стекло), испытайте их на излом. Опишите их внешний вид.
б) Действие растворителей. Кусочки ПММА (лучше опилки или стружки) поместите в отдельные пробирки с бензолом, ацетоном, дихлорэтаном. Отметьте происходящие изменения.
в) Характер горения. Тигельными щипцами внесите кусочек ПММА в пламя и обратите внимание на характер горения и запах продуктов разложения, а также на горение вне пламени.
г) Деполимеризация ПММА. Опыт проводят также как в случае полистирола. Чтобы предотвратить осмоление, пробирку не следует слишком сильно нагревать.
Результаты всей лабораторной работы занесите в таблицу.
Полимер
Внешний вид, прочность
Характеристики горения
Термическая стойкость
Химическая стойкость




Горю-честь
Окраска пламени
Запах продуктов горения

К кислотам
К щелочам
Растворимость











Задачи и упражнения
Рассчитайте степень поликонденсации новолачной фенолформальдегидной смолы, если средняя молекулярная масса образца равна 648.
Какая получается смола: резольная или новолачная, если для поликонденсации израсходовано 15 кг фенола и 7,5 л формалина с содержанием формальдегида 40г/100 мл?
Рассчитайте теоретические расходные коэффициенты сырья при производстве 1 т новолачной смолы, если фенол берут 97-ой чистоты, а формалин содержит (по массе) 37% формальдегида. Формулу смолы принять Н((С6Н3(ОН)(СН2()nС6Н4ОН, где n=5.
Клей БФ-5, представляющий собой спиртовой раствор резольной фенолформальдегидной смолы и поливинилбутираля, применяется в качестве связующего в производстве стеклотекстолита. Рассчитайте массы компонентов для получения 500 кг клея состава (в масс. долях) поливинилбутираль 26; фенолформальдегидная смола 7; этанол 240 (плотность 800 кг/м3).
Производительность агрегата для производства ПЭНД с участием катализатора Циглера (триэтилалюминий и тетрахлорид титана) 20 тыс.т в год. Рассчитайте вместимость основного аппарата для проведения ионной полимеризации этилена, если полимеризатор работает 348 дней в году. Съём полимера с 1 м3 полимеризатора 50 кг/м3 в час.
Трубчатый реактор большой единичной мощности для получения ПЭВД имеет общую длину труб 1500 м при их среднем диаметре 0,05м. Рассчитайте количества веществ этилена и кислорода, находящихся в реакторе, если в данный момент давление в нем 245 МПа, а температура 493К. Концентрация кислорода 0,004% (по объему). Определите количество этилена, вступившего в полимеризацию в одном цикле, если конверсия этилена за цикл составляет 0,18 масс. долей.
Определите объемы этилена и кислорода (н.у.), необходимые для обеспечения непрерывной работы в течение 20 дней потока по производству ПЭВД мощностью 50 тыс.т полимера в год. Суммарная степень конверсии этилена 0,96, а концентрация кислорода 0,005% (от объема мономера).
При производстве ПЭНД для разрушения остатков каталитического комплекса используется метанол, с которым он образует растворимые продукты, удаляемые при промывке полимера водой. Рассчитайте объем метанола, необходимый для этих целей, если для полимеризации использовали 20 т 1%-ой бензиновой суспензии катализатора Циглера (триэтилалюминий и тетрахлорид титана 1:1 по молям). Реакция протекает по схеме: Al(C2H5)3+3ROH=Al(OR)3+3C2H5OH; TiCl4+4ROH=Ti(OR)4+4HCl. Остаток катализаторного комплекса в полимере после удаления из него бензина составил 40% от массы его загрузки, а соотношение компонентов в нем не изменилась. Плотность метанола 800 кг/м3.
Рассчитайте массу суспензионного ПВХ и стабилизатора (стеарат калия) для получения 1500 м пленочного винипласта, используемого в качестве электроизоляционного материала. Ширина пленки 0,8 м. толщина 0,8 мм, плотность 1400 кг/м3. Потери полимера при изготовлении пленки составляют 3%. Массовая доля стабилизатора в пленке 4%.
Для реконструкции кислотопровода завод израсходовал 1550 кг винипластовых труб. Определите массу ПВХ, необходимого для изготовления труб методом экструзии, если состав пластмассы следующий (масс. доли): ПВХ 100; меланина 2; трансформаторного масла 2; стеарина 1. Потери при экструзии 2%. Плотность винипласта 1400 кг/м3.
Рассчитайте массы компонентов, необходимые для производства 31 т кабельного пластика, если состав материала следующий (в масс. долях): ПВХ 100; пластификатора (диоктилфталат) 45; стабилизатора (стеарат свинца) 8; наполнителя (каолин) 2. Потери при производстве пластиката 3%.
При составлении рецептуры пленочного ПВХ исходят из того, что 1 моль пластификатора должен приходиться на 15 мономерных звеньев ПВХ. Рассчитайте теоретические массы полимера и диоктилфталата (пластификатор), необходимые для получения 20 т пластиката. Средняя молекулярная масса исходного ПВХ 18750.
Определите съем полимера с 1 м3 колонны непрерывной полимеризации стирола в блоке, если в неё поступает сироп из двух реакторов предварительной полимеризации со скоростью 40 и 39 кг/ч. Полимер на выходе из колонны содержит 0,05 масс. долей мономера. Размеры колонны: диаметр 0,7 м, высота 7 м.
Какую поверхность можно облицевать декоративной плиткой из полистирола, если для её изготовления использована масса, содержащая 1,5 т полистирола и 20% (от массы полимера) наполнителя и красителя? Потери при производстве плиток составили 4%, размер плитки 0,15х0,15 м, масса одной плитки 45 г.
Рассчитайте массы метилметакрилата, пластификатора (дибутилфталата) и инициатора для получения 250 блоков ПММА, если в стеклянные формы размером 1,2х1,8х0,005 м заливается метакрилат, содержащий 0,5% инициатора и 4% пластификатора (от массы мономера). Плотность метилметакрилата 924 кг/м3.
Тетрафторэтилен служит мономером для синтеза фторопласта-4, используемого в радио- и электротехнике в качестве диэлектриков. Получают его по схеме:
SbF5
СНСl3 + 2НF ( СНСlF2 + 2НСl
пиролиз
СНСlF2 F2C=CF2 +2НСl
Какую массу тетрафторэтилена можно получить из хлороформа объёмом 300 м3 (плотность 1,489), если массовая доля примесей в нём 7%, а выход тетрафторэтилена составляет 98%?
Для производства кабельного пластика используют следующие компоненты (в весовых частях): ПВХ – 100; диоктилфталат – 45; стеарат свинца – 8; каолин – 2. Составьте формулы веществ. С какой целью их вводят в материал. Рассчитайте массы компонентов, необходимых для получения 93 т пластика, если потери в производстве составляют 3%.
Клей К-17 используется для наклеивания древесного шпона, линолеума, склеивания деревянных конструкций. В его состав входят (в масс. частях): мочевиноформальдегидная смола МФ-17 – 100; древесная мука – 5; 9%-ный раствор щавелевой кислоты – 16. Какая масса мочевины и формальдегида расходуется на получение соответствующей массы смолы?












Занятие №9
ХИМИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА
Теоретические вопросы
Классификация и важнейшие отличительные свойства химических волокон.
Стадии получения волокон. Способы формирования волокон из раствора и расплава.
Искусственные волокна:
а) вискозные волокна: строение, свойства, применение, получение в промышленности;
б) ацетатные волокна и медно-аммиачные волокна: строение, свойства, применение.
4.Синтетические волокна:
а) капроновое волокно: строение, свойства, применение, получение в промышленности;
б) лавсановое волокно: строение, свойства, применение, получение в промышленности;
в) волокна хлорин и нитрон: строение, свойства, применение.
Литература
Соколов Р.С. Химическая технология
Белоцветов и др. Химическая технология.
Анисимова Т.В. Химические волокна / В помощь учителю химии. Выпуск 3.
Лабораторная работа №6
Получение химических волокон
Опыт 1. Растворение целлюлозы в медно-аммиачном растворе
(реактиве Швейцера)
Свойство целлюлозы растворяться в реактиве Швейцера используется при производстве медноаммиачного искусственного шёлка.
Медно-аммиачный раствор получают из гидроксида меди (II), растворяя его в избытке концентрированного раствора аммиака:
Cu(OH)2 + mNH3 ( [Cu(NH3)m] (OH)2, m
· 4.
Реактив Швейцера образует с целлюлозой комплексное соединение ярко-синего цвета. К вязкому раствору приливают воду, перемешивают, фильтруют через сетку, под вакуумом удаляют растворённый воздух. Нити медно-аммиачного волокна формуют продавливанием прядильного раствора через фильеры в воронку с поступающей в неё водой. При этом происходит частичный гидролиз медно-аммиачного комплекса целлюлозы и осаждение полимера в виде набухших эластичных нитей. Полный гидролиз комплекса осуществляется в ванне с 1,5 – 2%-ым раствором серной кислоты. Полученные нити промывают водой и сушат при 65 – 75 0С.
Медно-аммиачные волокна имеют высокую гигроскопичность, мягкость, низкую плотность, высокую скорость влагопоглощения и водоотдачи, но их отличает не очень высокая прочность. В форме штапельных волокон они используются для производства ковров и сукна; непрерывные тонкие текстильные нити применяют для выработки трикотажа и лёгких тканей, а в сочетании с шерстяными и синтетическими волокнами – для производства костюмных тканей.
Реактивы и оборудование: медно-аммиачный раствор, HCl конц., вата гигроскопическая, стеклянные палочки, пробирки.
Ход работы
Налейте в пробирку 4–5 мл реактива Швейцера, опустите в него маленький кусочек гигроскопической ваты и тщательно перемешайте содержимое пробирки стеклянной палочкой до полного растворения ваты. Получается вязкий прозрачный раствор ярко-синего цвета. К полученному раствору добавьте 10 – 15 капель HCl конц. Выделяется целлюлоза, которая потеряла своё волокнистое строение и имеет вид гомогенной студенистой массы.
Для изготовления нитей медно-аммиачный раствор целлюлозы профильтруйте через стеклянный фильтр или несколько слоёв капроновой ткани (для быстроты можно использовать водоструйный насос). Отфильтрованный раствор налейте в шприц, из которого выдавливают нити в кристаллизатор с раствором серной кислоты (1:5) или соляной. Конец нити подхватите пинцетом и вытащите на воздух или намотайте на стеклянную палочку, постепенно вытягивая. Затем нити промойте большим количеством воды и подсушите на воздухе.
Опыт 2. Мерсеризация целлюлозы
Мерсеризация – процесс облагораживания хлопчатобумажных материалов обработкой их концентрированными растворами щелочей. Этот процесс придаёт материалам блеск, повышает гигроскопичность, увеличивает сопротивляемость разрыву. Кроме того, мерсеризация является первой стадией в производстве вискозного волокна.
В растворе щёлочи целлюлоза набухает, происходит образование щелочной целлюлозы. Помимо этого протекают побочные реакции окислительной деструкции, а также изменение структуры, сопровождающееся уменьшением интенсивности межмолекулярных взаимодействий, увеличением активной поверхности и частичным растворением целлюлозы.
Реактивы и оборудование: NaOH 40%, HCl 10%, фильтровальная бумага, химические стаканы.
Ход работы
В стакан с раствором гидроксида натрия опустите полоску фильтровальной бумаги. Другую полоску того же размера опустите в стакан с дистиллированной водой. Через 5–7 мин полоски бумаги извлеките из жидкостей. Образец из щёлочи промойте водой, нейтрализуйте соляной кислотой и снова промойте водой, а затем отожмите между листами фильтровальной бумаги. Сравните с контрольным образцом.
Изучение свойств химических волокон
Оборудование и материалы: образцы волокон и тканей; Н2SО4 конц.; НNО3 конц.; 10% раствор щёлочи; бензол, ацетон, дихлорэтан; асбестовые сетки; тигельные щипцы, чашки с песком; стеклянные палочки.
Ход работы
а) Горение. Волокнистые материалы распознают путём сжигания. Пучок волокна тигельными щипцами внесите в пламя горелки. Как только пучок загорится, вынесите его из пламени и внимательно рассматрите.
Сжигание необходимо проводить несколько раз. При этом отмечают:
с какой скоростью происходит горение;
запах продуктов разложения;
характер остатка после сгорания.
б) Действие минеральных кислот. Узкие полоски тканей (0,5х4см) поместите в пробирки с концентрированной азотной и серной кислотами. Отметьте наблюдения.
в) Действие растворов щелочей. Полоски тканей поместите в пробирки и прилейте 10% раствор гидроксида натрия. Отметьте наблюдения.
г) Действие органических растворителей. Образцы тканей поместите в отдельные пробирки с ацетоном, бензолом. Отметьте наблюдения.

Наблюдения занесите в таблицу.
Полимер
Внешний вид, прочность
Характеристики горения
Термическая стойкость
Химическая стойкость




Горю-честь
Окраска пламени
Запах продуктов горения

К кислотам
К щелочам
Растворимость












Задачи и упражнения
Волокно нитрон ближе других синтетических волокон приближается по свойствам к натуральной шерсти. Материал для этого волокна получают полимеризацией акрилонитрила. В свою очередь акрилонитрил получают из ацетилена и синильной кислоты. Составьте уравнения реакций получения акрилонитрила и его полимеризации.
Волокно виньон используют для изготовления рыболовных сетей, электроизоляции и др. Его получают сополимеризацией хлорвинила с винилацетатом. Составьте уравнения реакций получения винилхлорида и винилацетата, исходя из ацетилена, уксусной кислоты и хлороводорода, и схему реакции сополимеризации хлорвинила с винилацетатом.
При непрерывной мерсеризации целлюлозы в бак-мерсеризатор объемом 22 м3 поступает пульпа, содержащая 0,05 масс. долей (-целлюлозы. Рассчитайте суточную производительность бака по целлюлозе, если коэффициент его заполнения 0,8, продолжительность мерсеризации 50 мин, плотность пульпы 1100 кг/м3.
В осадительной ванне при формовании волокна происходит коагуляция вискозы и регенерация ксантогената в кислой среде. Рассчитайте массу реактивов и воды для приготовления 1 м3 осадительной ванны с плотностью 1290 кг/м3. В состав осадительной ванны входят следующие компоненты (кг/м3): раствор 92%-ой серной кислоты 150; сульфат цинка 20; сульфат натрия 270. Технический цинковый купорос содержит 0,55 масс. доли безводного сульфата цинка, а 1 кг технического сульфата натрия 0,95 кг безводного Na2SO4.
При ксантогенировании щелочной целлюлозы расходуется 40 масс. долей сероуглерода на 100 масс. долей (-целлюлозы. По современной технологии 0,6 масс. долей сероуглерода регенерируется. Определите расходный коэффициент сероуглерода в производстве вискозного волокна, если товарная целлюлоза содержит 12% влаги и 96% (-целлюлозы (в расчете на массу абсолютно сухой целлюлозы). Расходный коэффициент товарной целлюлозы 1,07.
Определите расходный коэффициент товарной целлюлозы в производстве вискозного волокна, если суммарные потери её на всех стадиях производства составили 3%, а готовое волокно содержит 12% кондиционной влаги и 1% других компонентов (по массе). Массовые доли (-целлюлозы и влаги в товарном продукте 0,05 и 0,13 (соответственно).
Вискоза, поступающая в осадительную ванну, содержит (масс. доли): (-целлюлозы 8%, гидроксида натрия 7%, воды 83%. Какая масса 100%-ой серной кислоты потребуется для нейтрализации щелочи, содержащейся в вискозе, необходимой для выработки 5 кг волокна? По расчетам на 1 кг волокна расходуется 0,98 кг абсолютно сухой целлюлозы, содержащей 92% (-целлюлозы (по массе).
Определите объемный расход сероуглерода (плотность 1260 кг/м3) для ксантогенирования 800 кг щелочной целлюлозы, содержащей 0,28 масс. долей (-целлюлозы. Для получения ксантогената заданного состава требуется ввести 36% сероуглерода от массы (-целлюлозы.
В качестве регулятора молекулярной массы поликапроамида используют уксусную кислоту. Рассчитайте расход технической (99%-ой) кислоты на 1 кг поликапроамида, если в реакцию вступает 65% её масс. долей, а на 1 моль полимера расходуется 1 моль кислоты. Молекулярная масса поликапроамида 22000.
Определите расходный коэффициент капролактама в производстве текстильной капроновой нити, если в сутки выпускается 7000 кг нити, содержащей 4% влаги и 6% замасливателя (по массе). Безвозвратные потери производства равны 17%.
Рассчитайте производительность и интенсивность автоклава для полимеризации капролактама по следующим данным: вместимость автоклава 2,5 м3, коэффициент его заполнения 0,75, содержание воды (по массе) 3%, плотность расплавленного капролактама 1020 кг/м3, продолжительность полимеризации 12 ч, производственные потери 2%.
Рассчитайте число автоклавов полимеризации капролактама, производительностью 3000 кг/сут каждый, для цеха, выпускающего 8000 кг текстильной капроновой нити в сутки. Норма расхода полимера на 1 кг волокна составляет 1,11 кг.
Определите расход диметилтерефталата для производства 1 кг волокна лавсан, если изменение массы волокна за счет увлажнения, замасливания и добавок составило 2%, а технологические потери 5%. Рассчитайте массу выделившегося в этом случае метанола.
Занятие №10
РАСПОЗНАВАНИЕ ПЛАСТМАСС И ВОЛОКОН

Составьте карты – инструкции к практическим работам «Распознавание пластмасс», «Распознавание волокон».
Проведите распознавание выданных вам образцов пластмасс, запишите наблюдения по разработанной вами форме, сделайте выводы. По возможности, запишите уравнения реакций.
Проведите распознавание выданных вам образцов волокон, запишите наблюдения по разработанной вами форме, сделайте выводы. По возможности, запишите уравнения реакций.




































13 PAGE \* MERGEFORMAT 142815




Заголовок 1 Заголовок 3‚ђ Заголовок 5‚ђ Заголовок 6 Заголовок 815

Приложенные файлы

  • doc 8853931
    Размер файла: 221 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий