РАБОТА № 1. Полимеризация метилметакрилатав массе. Определение энергии активации

Цель работы: определить влияние температуры на скорость полимериза­ции и оценить суммарную энергии активации процесса.

Реактивы: метилметакрилат, пероксид бензоила, толуол, петролейный эфир или гексан (гептан, инертный газ).

Приборы, и посуда: пробирки с пробками емкостью 10 см³ (8 шт.), термо­стат, стаканы емкостью 200 см³ (8 шт.), пипетки на 10 см³, воронка Бюхнера, шпатель, стеклянные палочки, вакуум-сушильный шкаф.

Порядок работы:

1) проведение радикальной полимеризации метилметакрилата при различ­ных температурах;

2) определение выхода полимера гравиметрическим методом;

3) определение суммарной энергии активации полимеризации.

Методика работы. Гравиметрический метод определения выхода полиме­ра основан на выделении полимера из реакционной среды путем высаживания его в петролейный эфир или гексан (гептан), которые растворяют мономер и не растворяют полимер. Полимер выделяется в виде осадка, который промывают осадителем, а затем высушивают в вакуум-сушильном шкафу при 50-60 °С до постоянной массы и взвешивают на аналитических весах. По степени превраще­ния мономера к данному моменту времени определяют скорость реакции. По значениям полученных скоростей полимеризации при различных температурах определяют константы скоростей и по температурной зависимости констант скоростей полимеризации в аррениусовых координатах оценивают суммарную энергию активации полимеризации.

В каждую ампулу помещают рассчитанное количество инициатора и ме­тилметакрилата. Навеску инициатора взвешивают на часовом стекле с точно­стью до четвертого знака после запятой. Реакционную смесь продувают инерт­ным газом в течение 5 минут и в четыре термостата с температурой 75, 80, 85, 90 °С помещают по две пробирки с реакционной смесью и регистрируют время начала полимеризации. Контроль за ходом процесса ведут визуально по измене­нию вязкости реакционной смеси. По достижении реакционной смесью сиропо­образного состояния (10-15 % конверсии) пробирки извлекают из термостата, регистрируют время окончания полимеризации и охлаждают проточной водой до комнатной температуры. Содержимое каждой пробирки выливают в стакан с петролейным эфиром (40-50 см³) для высаживания полимера. Высаженный по­лимер промывают 20 см³ осадителя на воронке Бюхнера, количественно перено­сят на предварительно взвешанное часовое стекло и высушивают в вакуум-сушильном шкафу до постоянной массы.

Результаты вносят в табл. 1

Т аблица 1

Загрузка мономера	Температура полимеризации	Время полимеризации	Выход полимера	K*103	lnk	1/T * 103
г	0С	мин	г	%

Обработка результатов. На основании табличных данных рассчитывают скорость полимеризации (в моль/лс) при различных температурах по значениям выхода полимера:

где x - выход полимера за время, %;

ρ_м - плотность мономера, г/см³;

М_м - масса моль мономера, г/моль;

τ - время полимеризации, мин.

Для полимеризации при каждой температуре находят значения константы

Значения [J] и [М] (в моль/л) рассчитывают по формулам:

где g_M - навеска инициатора, г;

М_u - масса моль инициатора, г;

V - общий объем реакционной смеси, см³.

где g_M - навеска мономера, г;

V - общий объем реакционной смеси, см³;

М_м - масса 1 моль мономера, г.

Затем определяют значения логарифмов констант скоростей Ink для четырех температур и строят график в координатах:

Тангенс угла наклона полученной прямой численно равен E/R, где R=8,3 Дж/моль*К.

Задание. Написать схему реакции всех элементарных стадий процесса полимеризации метилметакрилата, инициируемого пероксидом бензоила; объяснить влияние температуры на скорость полимеризации.

Рассчитать энергию активации.