Материал: 2674

26

10.На какие группы можно разделить синтетические красители и в чем различие в их действии?

11.Охарактеризуйте основные и кислотные красители.

12.Что называется протравами и на чем основано их красящее действие? 13.Сравните красящее действие синтетических красителей органической и не-

органической природы и сделайте вывод о целесообразности их применения.

Лабораторная работа № 6

Определение вязкости и молекулярной массы полимеров

Цель работы: изучить метод определения вязкости растворов полимеров и визкозиметрический метод определения молекулярной массы ВМС.

Теоретическая часть

Особенностью полимерных веществ является новое понятие о молекулярной массе. Для низкомолекулярных соединений значение молекулярной массы – это константа, характеризующая индивидуальности химического соединения. Изменение молекулярной массы всегда свидетельствует о переходе к другому веществу и сопровождается заметным изменением свойств.

В отличие от низкомолекулярных соединений любой образец полимера представляет собой смесь макромолекул различной длины, а, следовательно, и различной молекулярной массы. Поэтому молекулярная масса полимеров является величиной среднестатистической. Молекулярная масса связана со степенью полимеризации, то есть числом элементарных звеньев, из которых состоит макромолекула:

где М – молекулярная масса полимера, n – степень полимеризации,

m – молекулярная масса элементарного звена.

Определение молекулярной массы полимера является одним из основных способов исследования высокомолекулярных соединений. Молекулярная масса полимеров может быть определена химическим или физическим методом. Химические методы основаны на определении числа концевых функциональных

27

групп и поэтому используются, главным образом, для поликонденсационных полимеров. К физическим методам определения молекулярной массы относятся: криоскопический – он основан на понижении температуры замерзания растворителя в присутствии полимеров; осмометрический метод основан на том, что величина осмотического давления, возникающего над раствором, пропорциональна отношению числа частиц растворенного вещества к числу частиц раствора. Вискозиметрический метод основан на определении зависимости молекулярной массы от вязкости раствора полимеров и является наиболее используемым.

Для растворов высокомолекулярных соединений Штаудингером установлена зависимость вязкости от величины и формы макромолекул:

где Кm – константа, характерная для данного полимергомологического ряда; ηуд. – удельная вязкость: ηуд. = ηотн. – 1;

ηуд. /C – приведенная вязкость.

Относительная вязкость (ηотн.) представляет собой отношение скорости истечения раствора полимера к скорости истечения растворителя.

Экспериментальная часть

Опыт 6.1. Определение относительной вязкости

Скорость истечения раствора определяют в вискозиметре ОствальдаПинкевича (рис. 1), с диаметром капилляра 0,7-1,0 мм.

1

2

Рис. 1. Вискозиметр Оствальда-Пинкевича

Сначала измеряют время истечения чистого растворителя. Для этого 5 мл растворителя заливают в широкое колено вискозиметра, который погружают в

28

термостат с температурой 20 оС и выдерживают в нем 10-15 мин. Засасывают растворитель выше верхней метки над шариком, и жидкость сейчас же начинает переливаться в широкое колено вискозиметра. Как только уровень жидкости опустится до верхней метки, включают секундомер и отмечают время, в течение которого объем растворителя изменится от верхней до нижней метки 2, выключают секундомер и записывают результаты. Отсчет повторяют 3-4 раза, после чего вычисляют среднее время истечения растворителя (τ растворителя). Вискозиметр вынимают, выливают растворитель. После этого описанным способом определяют скорость истечения раствора полимера (τ раствора).

Рассчитайте относительную, удельную, приведенную вязкость и молекулярную массу полимера.

Кm = 2,6 · 104 (для растворов поливинилацетата в ацетоне и поливинильного спирта в воде).

Результаты расчетов запишите в табл. 4.

Таблица 4

Опыт 6.2. Определение молекулярной массы полимера по характеристической вязкости

Для характеристики молекулярной массы используют условный показатель – относительный прирост вязкости растворителя при введении в него полимера. Этот показатель называют характеристической вязкостью и обозначают через [η]. Характеристическая вязкость связана с величиной молекулярной массы следующим уравнением:

где К и α – постоянные, определяемые экспериментально и зависящие от формы макромолекул (αПВС = 0,75; αКФС = 0,5).

29

Определение характеристической вязкости производят следующим образом. Приготавливают растворы полимера с концентрацией 2,0 %; 1,0 %; 0,5 %; 0,25 %. Определяют время истечения каждого раствора (после каждого определения вискозиметр нужно сейчас же вымыть растворителем и высушить).

Результаты испытаний сводят в табл. 5, выражая концентрацию растворов в основных молях:

где М – молекулярная масса элементарного звена полимера.

На основании полученных данных строят кривую зависимости ηуд./С от С (рис. 2), продолжают ее до пересечения с осью ординат и по полученному в точке пересечения значению рассчитывают величину молярной массы по формуле

ηуд./С

[η] {

C′

Рис. 2. Кривая зависимости ηуд./С от С′

30

Опыт 6.3. Определение показателя условной вязкости

Показателем условной вязкости лакокрасочных материалов и смол называют время истечения определенного объема этих веществ через калиброванное сопло стандартной воронки прибора. Для этой цели используют вискозиметры различных марок, выпускаемые по ГОСТ 9070-75. Вискозиметр ВЗ-246 имеет три сменных сопла диаметром 2, 4 и 6 мм. Вискозиметр ВЗ-4 – это модификация вискозиметра ВЗ-246, он имеет только одно сопло диаметром 4 мм.

Вискозиметры являются приборами входного контроля лакокрасочных материалов.

Работа на вискозиметре ВЗ-4

Устанавливают вискозиметр ВЗ-4 в горизонтальном положении, в качестве приемника под сопло ставят стеклянный сосуд емкостью 50 мл. Особое внимание следует обратить на чистоту сопла.

Отверстие сопла снизу закрывают и в воронку наливают до краев клей. Клей должен быть тщательно перемешан, его температура доведена до 200 С. Избыток клея снимают стеклянной пластиной. Затем открывают отверстие сопла и одновременно включают секундомер. Останавливают секундомер после первого прерывания струи, отсчитывают время истечения смолы с погрешностью не более 0,2 секунды.

За величину условной вязкости Х (с), определенной по ВЗ-4, принимают среднее арифметическое из трех параллельных определений и вычисляют по формуле

где τ – среднее арифметическое значение времени истечения смолы, с; К– поправочныйкоэффициентвискозиметра, указанныйвпаспортеприбора.