Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634840)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Лабораторный практикум по курсу «Физико-химия полимеров» (190,00 руб.)

0   0
АвторыКузнецов А.К.
ИздательствоИвановский государственный химико-технологический университет
Страниц98
ID142064
АннотацияЛабораторный практикум содержит 9 работ, касающихся фазовых и физических состояний полимера, его деформационно-прочностных свойств, взаимодействия полимеров и низкомолекулярных жидкостей, выполнение которых позволит студентам определить важные для полимера физико-механические, молекулярно-массовые и некоторые термодинами-ческие параметры. Предназначен для студентов специальности 240201, изучающих курс Физико-химия полимеров.
Лабораторный практикум по курсу «Физико-химия полимеров» : Практикум / А.К. Кузнецов .— Иваново : Ивановский государственный химико-технологический университет, 2007 .— 98 с. — Кафедра технологии химических волокон и композиционных материалов .— URL: https://rucont.ru/efd/142064 (дата обращения: 26.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

А.К. Кузнецов, И.М. Захарова ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по курсу “Физико-химия полимеров” Учебное пособие для студентов специальности 240201 “Технология и оборудование производства химических волокон и композиционных материалов на их основе” Иваново 2007 УДК: 541.6(7) Кузнецов, А. <...> К., Захарова, И.М. Лабораторный практикум по курсу «Физико-химия полимеров»: учеб. пособие для студентов специальности 240201 «Технология и оборудование производства химических волокон и композиционных материалов на их основе» / ГОУ ВПО «Иван. гос. хим.-технол. ун-т. <...> Механические свойства полимеров – это комплекс свойств, определяющих механическое поведение материала под действием внешних сил, механические свойства полимеров характеризуют реакцию материала на внешнее воздействие. <...> Основными понятиями, характеризующими механическое поведение полимерных материалов, являются напряжение и деформация. <...> Внешне деформация выражается в изменении размера или формы тела. <...> Вязкотекучее состояние – одно из основных физических состояний полимеров, при котором воздействие внешних механических сил приводит к развитию в полимерном теле в основном необратимых деформаций, развивающихся за счет перемещения макромолекул как целого друг относительно друга. <...> В вязкотекучем состоянии находятся расплавы кристаллизующихся полимеров, аморфные полимеры выше их температуры текучести, растворы и дисперсии полимеров. <...> При нагревании горючих, легковоспламеняющихся и взрывоопасных смесей пользоваться водяными или масляными банями. <...> Во-вторых, анализ зависимости Тпл как функции состава системы позволяет рассчитать такую важнейшую характеристику полимерного кристалла как энтальпия его плавления. <...> Поэтому к ним применима классическая теория растворов полимеров Флори-Хаггинса, описывающая взаимодействие в системах аморфный полимер-жидкость. <...> Согласно этой теории, изменение химического потенциала растворителя Δμ1 при образовании раствора, содержащего <...>
Лабораторный_практикум_по_курсу_«Физико-химия_полимеров».pdf
Стр.1
Стр.2
Стр.3
Стр.4
Стр.5
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.9
Стр.10
Лабораторный_практикум_по_курсу_«Физико-химия_полимеров».pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию ГОУВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» А.К. Кузнецов, И.М. Захарова ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по курсу “Физико-химия полимеров” Учебное пособие для студентов специальности 240201 “Технология и оборудование производства химических волокон и композиционных материалов на их основе” Иваново 2007 УДК: 541.6(7)
Стр.1
Кузнецов, А.К., Захарова, И.М. Лабораторный практикум по курсу «Физико-химия полимеров»: учеб. пособие для студентов специальности 240201 «Технология и оборудование производства химических волокон и композиционных материалов на их основе» / ГОУ ВПО «Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, 2007. 96 с. ISBN Лабораторный практикум содержит 9 работ, касающихся фазовых и физических состояний полимера, его деформационно-прочностных свойств, взаимодействия полимеров и низкомолекулярных жидкостей, выполнение которых позволит студентам определить важные для полимера физико-механические, молекулярно-массовые и некоторые термодинамические параметры. Предназначен для студентов специальности 240201, изучающих курс “Физико-химия полимеров”. Рецензенты: доктор технических наук Л.В. Шарнина (Ивановский государственный химико-технологический университет); кандидат технических наук А.В. Баранов (Ивановская государственная текстильная академия) 2
Стр.2
ВВЕДЕНИЕ В настоящее время нет ни одной отрасли народного хозяйства, где не использовались бы полимеры. Широкое применение полимеров стало возможным вследствие их особых характеристик, эффективных способов переработки в изделия и наличия больших сырьевых запасов нефти и природного газа. Полимеры обладают такими свойствами, благодаря которым их применение в народном хозяйстве способствует ускорению научнотехнического прогресса, снижению трудоемкости и себестоимости продукции, улучшению ее потребительского спроса. Различные способы переработки полимеров постоянно претерпевают качественные изменения в результате использования новейших технологий и оборудования. В связи с этим, для успешного ведения процесса необходимы прочные знания теоретических основ физикохимии полимеров. Рациональное использование полимерных материалов невозможно без всесторонней оценки их свойств и структуры. Полимерные материалы в изделиях очень часто подвергаются самым разнообразным нагрузкам и деформациям, различные внешние факторы (климатические, излучения, напряженно-деформированное состояние, температура) существенно влияют на эксплуатационные свойства полимерных изделий. Механические свойства полимеров – это комплекс свойств, определяющих механическое поведение материала под действием внешних сил, механические свойства полимеров характеризуют реакцию материала на внешнее воздействие. Основными понятиями, характеризующими механическое поведение полимерных материалов, являются напряжение и деформация. Под действием внешних сил и возникающих в теле напряжений они деформируются. Внешне деформация выражается в изменении размера или формы тела. Вязкотекучее состояние – одно из основных физических состояний полимеров, при котором воздействие внешних механических сил приводит к развитию в полимерном теле в основном необратимых деформаций, развивающихся за счет перемещения макромолекул как целого друг относительно друга. В вязкотекучем состоянии находятся расплавы кристаллизующихся полимеров, аморфные полимеры выше их температуры текучести, растворы и дисперсии полимеров. Исследование взаимосвязи реологических свойств полимеров в вязкотекучем состоянии с химическим строением и структурой высокомолекулярных соединений являются одной из важнейших проблем современной химии и физики полимеров. Практическое значение такого рода исследований обусловлено тем, что подавляющее большинство процессов 3
Стр.3
формования (переработки) и многие процессы синтеза полимеров осуществляются через расплавы, растворы или дисперсии. Процессы перевода полимеров в раствор лежат в основе производства многих полимерных изделий, в том числе нитей и волокон, и широко используются при исследовании свойств самих полимеров. Поэтому изучение круга вопросов, связанных с закономерностями образования и поведения растворов макромолекул в различных условиях, является важной частью фундаментальной подготовки студентов в области физико-химии полимеров. Учебное пособие к лабораторному практикуму по курсу “Физикохимия полимеров” содержит 9 работ, связанных с изучением фазовых и физических состояний полимеров, его деформационно-прочностных свойств, взаимодействия полимеров и низкомолекулярных жидкостей, приводящего к образованию различных по фазовому состоянию систем полимер-жидкость, а также с определением молекулярно-массовых и некоторых термодинамических характеристик полимеров. К каждой работе имеется краткое теоретическое введение, необходимое для осмысленного выполнения эксперимента и правильной трактовки полученных результатов, а подробное описание установок и хода работы существенно облегчает ее практическое выполнение. В приложении даны таблицы величин, используемых в расчетах, и программа обработки результатов на ЭВМ. Завершает пособие список литературы, знакомство с которой необходимо для глубокого освоения курса. Данное учебное пособие может быть полезно студентам других специальностей, изучающих физико-химию полимеров. 4
Стр.4
ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ 1. К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности и получившие допуск у преподавателя после предварительного собеседования. 2. При подготовке лабораторных установок следует соблюдать правила безопасности, предусмотренные соответствующими инструкциями. По завершению подготовительного этапа необходимо получить разрешение у преподавателя на проведение дальнейших работ. 3. Работы с легколетучими веществами проводят в вытяжном шкафу; 4. Работы с горючими и легковоспламеняющимися веществами проводят вдали от источников огня и нагревательных приборов. 5. Работы, связанные с возможностью разбрызгивания и выброса веществ, использованием вакуума, проводят в защитных очках, масках или в специальных местах с защитным экраном. 6. При нагревании горючих, легковоспламеняющихся и взрывоопасных смесей пользоваться водяными или масляными банями. Запрещается нагревание таких веществ, даже в малом количестве, в сушильных шкафах. 7. При работе с ядовитыми веществами необходимо пользоваться средствами индивидуальной защиты: перчатками и аспираторами. Запрещается проводить работы вне вытяжного шкафа. 8. В случае травмы (ожог, порез и др.) следует немедленно сообщить об этом преподавателю и приступить к оказанию мер первой помощи, воспользовавшись имеющейся в лаборатории медицинской аптечкой. Обратиться к врачу. 9. ПОМНИТЕ: при химических ожогах пораженное место сначала промывается обильным количеством воды, а затем разбавленной уксусной кислотой при ожогах щелочами или слабым раствором питьевой соды при ожогах кислотами. 10. По окончании работы рабочее место приводится в порядок. Запрещается жидкие отходы сливать в раковины, а твердые выбрасывать в урну. Необходимо пользоваться специальными склянками, имеющими соответствующие надписи и хранящимися в вытяжном шкафу. 11. Студент, допустивший нарушение правил техники безопасности, отстраняется от выполнения лабораторной работы до повторного инструктажа. 5
Стр.5
ПОРЯДОК ПРОХОЖДЕНИЯ СТУДЕНТАМИ ПРАКТИКУМА ПО ДИСЦИПЛИНЕ “ФИЗИКО-ХИМИЯ ПОЛИМЕРОВ” Получив задание по работе, студент должен предварительно ознакомиться с ее теоретическими основами, используя для этого рекомендуемую методическую литературу. Перед началом работы преподаватель проводит собеседование по плану и методике проведения работы, порядку обработки экспериментальных данных. После получения допуска к проведению лабораторной работы студент обеспечивается необходимыми реактивами, приборами и оборудованием, перечень которых имеется к каждой работе, и приступает к подготовке выполнения эксперимента. Окончательную готовность студента определяет преподаватель или дежурный лаборант проверкой соответствующих установок или приборов. По окончании выполнения экспериментальной части студент согласует с преподавателем полученные результаты и приступает к оформлению работы. Отчет должен включать следующие разделы: ∗ название лабораторной работы; ∗ цель и задание; ∗ теоретическое введение; ∗ методика эксперимента и описание (схемы) установок и приборов; ∗ результаты работы в виде таблиц и графиков; ∗ выводы по работе. Выполненная работа защищается студентом на следующем занятии или на коллоквиуме. Общая оценка складывается из оценок за выполненную работу, сдачу коллоквиума и учитывается в текущем рейтинговом балле. По решению преподавателя в оценке может быть учтена своевременность выполнения работы и сдача по ней отчета. 6
Стр.6
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ В ПРИСУТСТВИИ ЖИДКОСТЕЙ ТЕОРИЯ Исследование процесса плавления полимера в присутствии жидкости представляет интерес по ряду причин. Во-первых, в результате эксперимента получается зависимость температуры плавления Тпл полимера от состава бинарной системы полимер-жидкость, имеющая чисто практическое значение. Во-вторых, анализ зависимости Тпл как функции состава системы позволяет рассчитать такую важнейшую характеристику полимерного кристалла как энтальпия его плавления. В-третьих, по характеру зависимости Тпл от состава можно судить о границе совместимости расплава полимера и жидкости. Концентрированные полимерные системы характеризуются статистическим распределением сегментов цепей по объему раствора или гетерогенной смеси. Поэтому к ним применима классическая теория растворов полимеров Флори-Хаггинса, описывающая взаимодействие в системах аморфный полимер-жидкость. Согласно этой теории, изменение химического потенциала растворителя Δμ1 при образовании раствора, содержащего ϕ2 объемных долей полимера, описывается уравнением: Δμ RT ln 1− ϕ2 + 1 1 = в котором – отношение мольного объема полимера к мольному объему x жидкости, а χ1 – параметр Флори-Хаггинса, характеризующий энергетику взаимодействия полимера и жидкости. Изменение же химического потенциала макромолекул при переходе из высокоэластического состояния в раствор, содержащий ϕ2 объемных долей полимера , – Δμ2 выражается соотношением: Δμ RT ln ϕ ) ( − ϕ − χ x1 ϕ ]. 2 = [ ( 2 − x 1) 1 2 1 (1.2) При этом Δμ2 имеет размерность Дж/моль полимера. Однако в силу того, что полимеры полидисперсны, т.е. содержат макромолекулы разных размеров, величину Δμ2 удобнее относить не к молю полимера, а к молю мономерного звена или сегмента. Чтобы осуществить такой пересчет, необходимо разделить обе части уравнения на V2, т.е. мольный объем полимера, и умножить на Vm – мольный объем мономерного звена: 7 [ () ( −1/x ϕ + χ1ϕ ] Дж/моль, ) 2 2 2 (1.1)
Стр.7
V ln Δμ RT V 2 = С другой стороны, V2 = V1. Поэтому окончательно будем иметь ln ϕ2 − 1 1/ x ϕ + χ1ϕ ] x 2 = m 1 V x Δμ RT V (1.4) упрощается Δμ = − 2 [ ( ) () ( − −1 V RTV 1 2). ) 1 2 1 . Для полимеров с высокой молекулярной массой ( ∞→x m (ϕ − χ ϕ1 1 1 Для большинства полимерных растворов или набухших систем реализуется ситуация, когда растворитель не способен проникать в кристаллическую решетку полимера из-за стерических ограничений. Это соответствует бинарной жидкой смеси, в которой лишь один компонент кристаллизуется во всей области составов. Согласно условиям фазового равновесия, кроме равенства температур и давлений, требуется также и равенство химических потенциалов кристаллизующегося компонента в обеих фазах. Поэтому при температуре плавления набухшего полимера (в равновесных условиях) требуется, чтобы μm к −μ0 m = μ ж m −μ 0 ,m (1.6) где верхние индексы «к» и «ж» относятся к кристаллической и жидкой фазам, а за стандартное состояние принят чистый расплав полимера. Изменение химического потенциала мономерного звена в результате плавления полимера может быть записано следующим образом ( μm к −μ0 Поскольку температура плавления чистого полимера Тпл. = ΔН / S уравнение (1.7) можно записать в виде m = −ΔFпл. = − ΔНпл. −Т Sпл.Δ пл.). 0 μm к −μ0 m = −Δ Т Н 1 Т пл. ⎝ ⎛ − ⎜ ⎜ пл. пл. пл. 0 ⎠ ⎞ ⎟ ⎟ . (1.7) пл. Δ пл . , m 2 [ () ( − ϕ + 1χ xϕ ]. ϕ2 − x 1) 1 2 1 (1.3) (1.4) ) уравнение (1.5) (1.8) При этом неявно принимается, что ΔН и ΔSпл. сами по себе от температуры не зависят. Приравнивая уравнения (1.5) и (1.8) друг к другу, получаем 8
Стр.8
− или ⎝ ⎛ ⎜ ⎜ 1 Тпл. − Тпл. 1 0 ⎠ ⎞ ⎟ = Δ ⎟ H R пл. V V m (ϕ − χ ϕ1 1 1 1 2) (1.9) в качестве основного соотношения для определения понижения температуры плавления в присутствии растворителя. Из этого уравнения следует, что понижение температуры плавления полимера в присутствии жидкости будет тем больше, чем выше термодинамическое качество растворителя (меньше χ1), меньше мольный объем жидкости и меньше энтальпия плавления чистого кристалла полимера. Следует иметь в виду, что ΔНпл. имеет размерность джоуль на моль закристаллизованных мономерных звеньев, и по этому она всегда больше, чем экспериментально определяемая теплота плавления полимера, т. к. степень кристалличности последнего практически никогда не достигает 100 %. Для обработки экспериментальных данных уравнение (1.9) целесообразно представить в несколько ином виде 1 Tпл. ϕ − пл. Tпл. 1 0 = 1 Δ H V RV m пл. 1 зволяет рассчитать величину ΔН /Vпл. m: Δ V H пл. m = ΔHпл. = β 1 ' V R а тангенс угла наклона – параметр χ1: χ = 1 tg H 1 ' α Δ R .Vпл. (1.12) Параметр Флори-Хаггинса χ1 можно представить в виде трехчлена 9 Дж 3 /см , (1.11) − Δ H V RV пл. m χ ϕ , 1 1 1 (1.10) в соответствии с которым следует ожидать прямолинейной зависимости Δ(1/Т )/ϕ 1 от ϕ1. Отрезок β, отсекаемый этой прямой на оси ординат, поV RT V пл. m()= −ΔHпл. 1 ϕ − χ ϕ 1 2 1 1 ⎝ ⎛ − ⎜ ⎜ Т 1 Т пл. пл. 0 ⎠ ⎞ ⎟ ⎟
Стр.9
χ = ⎛ Ψ− 1 ⎜ ⎝ 2 1 ⎞ ⎟ + ⎠ RT V 1 ( 1δ −δ ) , 2 2 (1.13) в котором Ψ – его энтропийная характеристика, а δ1 и δ2 – параметры растворимости жидкости и полимера соответственно. Очевидно, что, если Ψ = 2 1 + RT (), V 1 δ − δ2 1 2 то χ1 = 0 и уравнение (1.9) упростится до линейной зависимости обратной температуры плавления от объемной доли растворителя в системе 1 Tпл. = 1 Tпл. 0 − Δ H V . RV пл. m ϕ1 1 (1.14) Необходимо обратить внимание на то, что в уравнениях (1.10) и (1.14) ϕ1, V1 и Vm относятся к температуре плавления, тогда как исходные смеси полимера и жидкости готовятся при комнатной температуре. Чтобы устранить необходимость постоянно учитывать различие в плотности жидкости при температурах эксперимента и приготовлении системы, а также исключить из рассмотрения не совсем определенную величину ρ2 – плотность полимера (полимер всегда содержит аморфную фазу, и поэтому его плотность зависит от соотношения количеств аморфной и кристаллической фаз), перейдем от объемной к массовой доле растворителя. По определению ρ + ρ ϕ = ρ 1 G1 1 G1 G2 1 2 1 Тпл. = Тпл. 1 0 + = 1 G 1 G + m Δ 1 2 H V w , RV пл. 1 ρ ρ 1 2 1 ρ ρ 2 1 ≅ G .G 2 1 ρ ρ 1 2 (1.15) Подстановка ϕ1 из этого уравнения в уравнение (14) приводит к соотношению (1.16) где W1 – массовая доля растворителя в исходной смеси. Поскольку вне зависимости от температуры произведение мольного объема жидкости на ее 10
Стр.10

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
Антиплагиат система на базе ИИ