Файл: Курсовая работа по дисциплине Общая химическая технология.docx
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 102
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
=
где
Очевидно, что во всех случаях соблюдается неравенство
.
В первом приближении, молярный объем полимера определяется как собственным (Ван-дер-Ваальсовым) объемом атомов, который они занимают в полимере
, так и объем пустот равным 
.
Очевидно, что реальная «упаковка» атомов в полимере будет отличаться от максимально «плотной» величиной:
(2.7)
где
– «свободный», «пустой» объем.
Найдем «свободный», «пустой» объем, каждого сомономера сополимера.
Для полиэтиленгликольтерефталата:
=
где
=165,5
.
где
/1,4=137,14.
Для парафенилентерефталата:
=
где
=162,2 .
где
/1,38=127,54.
(2.8)
Применяя формулу (2.8):
Такие же расчеты выполнены для других соотношений.
Таблица 2.6 – Результаты расчетов пористости для сополимера различного состава
Рисунок 2.6 – Зависимость пористости от процентного содержания парафенилентерефталат в сополимере.
3 Методическая часть
3.1 Определение полидисперсности полимера методом турбидиметрического титрования
3.1.1 Приготовление раствора осадителя
В качестве осадителя используют водный раствор хлорида кальция с концентрацией 0,5 % (масс.).
Для приготовления 0,5 %-ного раствора осадителя на аналитических весах в чистом бюксе, высушенном до постоянной массы, взвешивают
0,5000 г соли, с точностью до 0,0001 г. Затем количественно переносят в мерную колбу на 100 см3, добавляют немного дистиллированной воды и взбалтывают до полного растворения соли. После полного растворения соли содержимое колбы доводят дистиллированной водой до метки.
3.1.2 Установка для проведения турбидиметрического титрования
Для инструментального определения порога осаждения полимерного субстрата и отдельных его фракций используют установку для турбидиметрического титрования.
Установка создана на кафедре химической технологии высокомолекулярных соединений Белорусского государственного университета пищевых и химических технологий для инструментального определения порога осаждения полимерного субстрата и отдельных его фракций (фракционирование осаждением).
Необходимость создания такой установки продиктована тем, что воспроизводимость результатов титрования осадителем сильно зависит от условий осаждения: концентрации раствора, равномерности скорости прибавления осадителя, режима перемешивания, температуры раствора и т.д., что требует, в свою очередь, проводить титрование в строго одинаковых условиях.
Работа установки турбидиметрического титрования основана на дозированной подаче осадителя и регистрации мутности растворов, возникающей при осаждении полимеров.
Основу установки турбидиметрического титрования (рисунок 2.3) составляют фотоэлектроколориметр типа КФК-2, перистальтический насос марки НП-1М, магнитная мешалка типа ММ-5 и приборы, регистрирующие уровень сигнала от колориметра.
1 – контрольная бюретка; 2 – стеклянный капилляр;
3 – перистальтический насос; 4 – персональная ЭВМ; 5 – вольтамперметр;
6 – осветитель; 7 – оптический конденсатор; 8 – светофильтр; 9 – магнитный активатор; 10 – кварцевая кювета; 11 – объектив; 12 – ограничительная диафрагма; 13 – фотоэлемент; 14 – усилитель сигнала; 15 – самописец;
16 – блок питания осветителя; 17 – магнитная мешалка; 18 – блок питания магнитной мешалки; 19 – блок питания усилителя сигнала; 20 – стабилизатор напряжения
Рисунок 2.3 – Принципиальная оптико-электрическая схема установки для турбидиметрического титрования
3.1.3 Описание и принцип работы установки для турбидиметрического титрования
Световой поток от источника 6 собирается оптическим конденсором 7 (рисунок 2.3) в параллельный световой пучок и направляется через светофильтр 8 на кварцевую кювету 10 с титруемым раствором полимера. Титрование осуществляется насосом 3 с калиброванной подачей через стеклянный капилляр 2, опущенный до самого дна в кювету 10. Количество поданного раствора определяется по времени работы перистальтического насоса и дополнительно контролируется по контрольной бюретке 1.
Перемешивание раствора в кювете осуществляется магнитным активатором 9, вращаемым в магнитном поле мешалкой 17, которая вмонтирована в колориметр под кварцевой кюветой.
По мере поступления осадителя через стеклянный капилляр 2 мутность раствора изменяется из-за выпадения полимера в осадок. Это приводит к изменению интенсивности светового потока, проходящего через кювету 10. Световой поток, прошедший через кювету, направляется через объектив и диафрагму 12 на фотоэлемент 13. Сигнал от фотоэлемента, усиленный усилителем электрического сигнала 14, регистрируется вольтамперметром 5 и контрольным самопишущим прибором 15. Кроме того, в установке предусмотрена возможность автоматической регистрации сигнала от усилителя 14 персональной ЭВМ 4 для последующего представления в виде графиков.
Питание установки осуществляется от сети напряжением 220В через стабилизатор напряжения 20. Напряжение на осветитель 6 и усилитель сигнала 14 подается через блоки питания 16 и 19, соответственно, скорость перемешивания раствора в кварцевой кювете 10 регулируется блоком питания магнитной мешалки 18. Контрольный самопишущий прибор 15 также питается от стабилизатора напряжения 20. Перистальтический насос 3 и персональная ЭВМ 4 имеют самостоятельные источники питания.
3.1.4 Определение «порога осаждения» полимера
Для определения «порога осаждения» волокнообразующих полимеров осуществляют титрование их разбавленных растворов 0,5 %-ным водным раствором хлорида кальция. При добавлении очередной порции раствора соли производят перемешивание раствора при помощи магнитной мешалки. По мере поступления осадителя в кювету, мутность раствора изменялась из-за выпадения полимера в осадок. Титрование раствора полимера осадителем, по существу, является процессом фракционирования осаждением, но без отделения фракций.
В ходе определения раствор полимера с концентрацией 0,1 г/100 см3 в ДМФ помещают в кювету с рабочим межплоскостным расстоянием 20 мм, которую устанавливают в фотоколориметр. В контрольную кювету наливают чистый ДМФ, по отношению к которому производят измерения оптической плотности растворов полимеров. До начала титрования определяют оптическую плотность исследуемого раствора, D0.
Показания прибора регистрируют после каждого приливания титранта через строго одинаковые интервалы времени.
Измерения проводят при использовании сине-зеленого светофильтра
(490 нм).
По экспериментальным данным рассчитывают «порог осаждения» полимера и оптическую плотность раствора.
«Порог осаждения» (долю осадителя), , рассчитывают по формуле:
(3.1)
где V – объем добавленного осадителя, см3;
V0 – начальный объем растворителя в пробе для титрования, см3.
Оптическую плотность раствора полимера, D2, с поправкой на разбавление раствора рассчитывают по формуле:
(3.2)
где D1 = D-D0 – оптическая плотность, обусловленная выделением полимера;
D – оптическая плотность раствора полимера;
D0 – оптическая плотность исходного раствора полимера до помутнения.
Также рассчитывают D2i и i, где D2i = D2i – D2(i-1) – приращение оптической плотности, вызванное приращением доли осадителя; i= i – i-1 – приращение доли осадителя.
Полученные результаты используют для построения интегральной и дифференциальной кривых турбидиметрического титрования, т.е. зависимостей D = f() и D2/ = f().
Предполагается, что доля осадителя («число осаждения») пропорциональна молекулярной массе, Mi, а оптическая плотность раствора, D, приблизительно равна массовой доле фракции с молекулярной массой M. Поэтому турбидиметрические кривые в первом приближении можно рассматривать как кривые молекулярно-массового распределения (ММР). Площади под дифференциальной кривой характеризуют долю той или другой фракции полимера.
где
Очевидно, что во всех случаях соблюдается неравенство
.В первом приближении, молярный объем полимера определяется как собственным (Ван-дер-Ваальсовым) объемом атомов, который они занимают в полимере
, так и объем пустот равным .Очевидно, что реальная «упаковка» атомов в полимере будет отличаться от максимально «плотной» величиной:
(2.7)где
– «свободный», «пустой» объем.Найдем «свободный», «пустой» объем,
каждого сомономера сополимера.Для полиэтиленгликольтерефталата:
= где
=165,5 . где
/1,4=137,14.Для парафенилентерефталата:
= где
=162,2 . где
/1,38=127,54. (2.8)Применяя формулу (2.8):
Такие же расчеты выполнены для других соотношений.
Таблица 2.6 – Результаты расчетов пористости для сополимера различного состава
| 0-1 | 0,1-0,9 | 0,25-0,75 | 0,5-0,5 | 0,75-0,25 | 0,9-0,1 | 1-0 |
| 29,24 | 30 | 31,14 | 33,04 | 34,94 | 36,08 | 36,84 |
Рисунок 2.6 – Зависимость пористости от процентного содержания парафенилентерефталат в сополимере.
3 Методическая часть
3.1 Определение полидисперсности полимера методом турбидиметрического титрования
3.1.1 Приготовление раствора осадителя
В качестве осадителя используют водный раствор хлорида кальция с концентрацией 0,5 % (масс.).
Для приготовления 0,5 %-ного раствора осадителя на аналитических весах в чистом бюксе, высушенном до постоянной массы, взвешивают
0,5000 г соли, с точностью до 0,0001 г. Затем количественно переносят в мерную колбу на 100 см3, добавляют немного дистиллированной воды и взбалтывают до полного растворения соли. После полного растворения соли содержимое колбы доводят дистиллированной водой до метки.
3.1.2 Установка для проведения турбидиметрического титрования
Для инструментального определения порога осаждения полимерного субстрата и отдельных его фракций используют установку для турбидиметрического титрования.
Установка создана на кафедре химической технологии высокомолекулярных соединений Белорусского государственного университета пищевых и химических технологий для инструментального определения порога осаждения полимерного субстрата и отдельных его фракций (фракционирование осаждением).
Необходимость создания такой установки продиктована тем, что воспроизводимость результатов титрования осадителем сильно зависит от условий осаждения: концентрации раствора, равномерности скорости прибавления осадителя, режима перемешивания, температуры раствора и т.д., что требует, в свою очередь, проводить титрование в строго одинаковых условиях.
Работа установки турбидиметрического титрования основана на дозированной подаче осадителя и регистрации мутности растворов, возникающей при осаждении полимеров.
Основу установки турбидиметрического титрования (рисунок 2.3) составляют фотоэлектроколориметр типа КФК-2, перистальтический насос марки НП-1М, магнитная мешалка типа ММ-5 и приборы, регистрирующие уровень сигнала от колориметра.
1 – контрольная бюретка; 2 – стеклянный капилляр;
3 – перистальтический насос; 4 – персональная ЭВМ; 5 – вольтамперметр;
6 – осветитель; 7 – оптический конденсатор; 8 – светофильтр; 9 – магнитный активатор; 10 – кварцевая кювета; 11 – объектив; 12 – ограничительная диафрагма; 13 – фотоэлемент; 14 – усилитель сигнала; 15 – самописец;
16 – блок питания осветителя; 17 – магнитная мешалка; 18 – блок питания магнитной мешалки; 19 – блок питания усилителя сигнала; 20 – стабилизатор напряжения
Рисунок 2.3 – Принципиальная оптико-электрическая схема установки для турбидиметрического титрования
3.1.3 Описание и принцип работы установки для турбидиметрического титрования
Световой поток от источника 6 собирается оптическим конденсором 7 (рисунок 2.3) в параллельный световой пучок и направляется через светофильтр 8 на кварцевую кювету 10 с титруемым раствором полимера. Титрование осуществляется насосом 3 с калиброванной подачей через стеклянный капилляр 2, опущенный до самого дна в кювету 10. Количество поданного раствора определяется по времени работы перистальтического насоса и дополнительно контролируется по контрольной бюретке 1.
Перемешивание раствора в кювете осуществляется магнитным активатором 9, вращаемым в магнитном поле мешалкой 17, которая вмонтирована в колориметр под кварцевой кюветой.
По мере поступления осадителя через стеклянный капилляр 2 мутность раствора изменяется из-за выпадения полимера в осадок. Это приводит к изменению интенсивности светового потока, проходящего через кювету 10. Световой поток, прошедший через кювету, направляется через объектив и диафрагму 12 на фотоэлемент 13. Сигнал от фотоэлемента, усиленный усилителем электрического сигнала 14, регистрируется вольтамперметром 5 и контрольным самопишущим прибором 15. Кроме того, в установке предусмотрена возможность автоматической регистрации сигнала от усилителя 14 персональной ЭВМ 4 для последующего представления в виде графиков.
Питание установки осуществляется от сети напряжением 220В через стабилизатор напряжения 20. Напряжение на осветитель 6 и усилитель сигнала 14 подается через блоки питания 16 и 19, соответственно, скорость перемешивания раствора в кварцевой кювете 10 регулируется блоком питания магнитной мешалки 18. Контрольный самопишущий прибор 15 также питается от стабилизатора напряжения 20. Перистальтический насос 3 и персональная ЭВМ 4 имеют самостоятельные источники питания.
3.1.4 Определение «порога осаждения» полимера
Для определения «порога осаждения» волокнообразующих полимеров осуществляют титрование их разбавленных растворов 0,5 %-ным водным раствором хлорида кальция. При добавлении очередной порции раствора соли производят перемешивание раствора при помощи магнитной мешалки. По мере поступления осадителя в кювету, мутность раствора изменялась из-за выпадения полимера в осадок. Титрование раствора полимера осадителем, по существу, является процессом фракционирования осаждением, но без отделения фракций.
В ходе определения раствор полимера с концентрацией 0,1 г/100 см3 в ДМФ помещают в кювету с рабочим межплоскостным расстоянием 20 мм, которую устанавливают в фотоколориметр. В контрольную кювету наливают чистый ДМФ, по отношению к которому производят измерения оптической плотности растворов полимеров. До начала титрования определяют оптическую плотность исследуемого раствора, D0.
Показания прибора регистрируют после каждого приливания титранта через строго одинаковые интервалы времени.
Измерения проводят при использовании сине-зеленого светофильтра
(490 нм).
По экспериментальным данным рассчитывают «порог осаждения» полимера и оптическую плотность раствора.
«Порог осаждения» (долю осадителя), , рассчитывают по формуле:
(3.1)где V – объем добавленного осадителя, см3;
V0 – начальный объем растворителя в пробе для титрования, см3.
Оптическую плотность раствора полимера, D2, с поправкой на разбавление раствора рассчитывают по формуле:
(3.2)где D1 = D-D0 – оптическая плотность, обусловленная выделением полимера;
D – оптическая плотность раствора полимера;
D0 – оптическая плотность исходного раствора полимера до помутнения.
Также рассчитывают D2i и i, где D2i = D2i – D2(i-1) – приращение оптической плотности, вызванное приращением доли осадителя; i= i – i-1 – приращение доли осадителя.
Полученные результаты используют для построения интегральной и дифференциальной кривых турбидиметрического титрования, т.е. зависимостей D = f() и D2/ = f().
Предполагается, что доля осадителя («число осаждения») пропорциональна молекулярной массе, Mi, а оптическая плотность раствора, D, приблизительно равна массовой доле фракции с молекулярной массой M. Поэтому турбидиметрические кривые в первом приближении можно рассматривать как кривые молекулярно-массового распределения (ММР). Площади под дифференциальной кривой характеризуют долю той или другой фракции полимера.