Шпаргалки акрипол. Акрипол вопросы-1. 2. Классификация водорастворимых полимеров, примеры. Классификация
 Скачать 1.72 Mb.
|
30% - НМ фракция7. Общие свойства водорастворимых полимеров и области применения. Водорастворимые полимеры широко применяют в различных областях: в пищевой, фармацевтической, текстильной, бумажной промышленности, медицине для подготовки питьевой воды, очистки загрязненных промышленных вод, стабилизации почв и т.д. В настоящее время широко применяются водорастворимые полимеры на основе акриламида (АА) (рис. 1), которые объединены общим названием “полиакриламиды”. В эту группу входят полиакриламид (ПАА) – неионогенный полимер (рис. 2), его анионные производные, например, частично гидролизованный ПАА (рис. 3), и катионные производные, например поливиниламин (рис. 4), а также сополимеры АА с различными ионогенными и неионогенными мономерами.     Существует несколько способов применения полимеров в процессах добычи нефти: При обработке призабойных зон для улучшения рабочих характеристик нагнетательных скважин или обводненных добывающих скважин за счет блокирования зон высокой проницаемости. В качестве агентов, которые могут сшиваться в пласте, закупоривая зоны высокой проницаемости на глубине. Для осуществления этих процессов нужно, чтобы полимер закачивался с неорганическим катионом металла, который образует впоследствии поперечные связи между молекулами закачанного полимера и молекулами, уже связанными на поверхности породы. В качестве агентов, снижающих подвижность воды или уменьшающих отношение подвижностей воды и нефти. В пакерах для инъектирования полимерных материалов при гидроизоляционных работах. Ценными свойствами метилцеллюлозы являются ее высокое связующее действие для пигментов, высокая адгезия в сухом состоянии и способность образовывать пленки. Данные свойства используются при приготовлении водных малярных красок и клеящих веществ. В фармацевтической практике она используется в качестве обезжиренной основы для так слизистых и эмульсионных мазей типа масло/вода. Широко используется она также в пищевой промышленности. Соли карбоксиметилцеллюлозы способны сильно увеличивать вязкость среды (1% водный раствор натриевой соли имеет вязкость в 2000 раз бoльшую, чем у воды). Карбоксиметилцеллюлоза применяется как загуститель латексов и смазочных масел, как стабилизатор эмульсий и суспензий. Ее добавки к синтетическим моющим веществам позволяют избежать обратного оседания загрязнений на ткань. Жесткие конструкционные пенопласты широко используются в высокотехнологичных областях промышленности. Сочетание высокой прочности и необычайной легкости изделий из вспененных полимеров делает их незаменимым компонентом нового поколения конструкционных материалов. Полиметакрилимидные пены (ПМИ) типа Rohacell занимают особое положение и благодаря комплексу выдающихся свойств получили широкое распространение в различных областях техники, от производства миниатюрных антенн и спортивного инвентаря до авиа- и кораблестроения. Так же обладают свойством Флокуляция – агрегация коллоидных частиц в дуплеты, триплеты или мультиплеты более высокого уровня под воздействием специально введенных в систему макромолекул с последующей седиментацией этих агрегатов под действием, как правило, гравитационного поля. Используют для отчистки воды (со)полимеры акриламида. 8. Коагуляция, флокуляция определение. Флокулянты и коагулянты принцип их действия. Коагуляция - совокупность процессов, приводящих к нарушению агрегативной устойчивости и, как следствие, к нарушению устойчивости кинетической, завершающаяся выделением дисперсной фазы в осадок. Во всяком процессе коагуляции различают две стадии: а) скрытая коагуляция – невооруженным глазом нельзя наблюдать коагуляцию внешних признаков происходящих изменений в золе, а можно лишь констатировать начавшийся процесс укрупнения частиц при помощи ультрамикроскопа. б) явная коагуляция – о коагуляции можно судить уже невооруженным глазом: по помутнению; по выпадению осадка; по изменению цвета. Флокуляция – агрегация коллоидных частиц в дуплеты, триплеты или мультиплеты более высокого уровня под воздействием специально введенных в систему макромолекул с последующей седиментацией этих агрегатов под действием, как правило, гравитационного поля. Флокулянты – это водорастворимые высокомолекулярные соединения, которые при введении в дисперсные системы адсорбируются или химически связываются с поверхностью частиц дисперсной фазы и объединяют частицы в агломераты (флокулы), способствуя их быстрому осаждению. Полимерные материалы, используемые в качестве флокулянтов, классифицируют на: 1) Катионные -высокомолекулярные сополимеры акриламида и аминоалкилакрилатов - полиэтиленимины -полиДАДМАХ, полиаллилдиметиламмоний хлорид и сополимеры на их основе 2) Анионные -высокомолекулярные полимеры карбоновых кислот на основе полиакриламида -полимеры, содержащие сульфо-группы: поливинилсульфокислоты и полистиролсульфокислоты. 3) Природные -крахмал -гуаровая смола -производные хитина и хитозана -Na-КМЦ 4) Неионогенные -полиакриламид -полиэтиленоксиды В качестве реагентов-коагулянтов для коагуляции используются водные соединения сернокислого алюминия Al2(SO4)3 · 18H2O, сернокислого закисного железа FeSO4, хлорного железа FeCl3 · 6H2O, сернокислого оксидного железа Fe2(SO4)3, диоксида марганца MnO2, а также фосфаты натрия и калия. Механизм флокуляции дисперсий водорастворимыми полимерами Для (со)полимеров акриламида характерны следующие механизмы флокуляции: - нейтрализационная флокуляция полиэлектролитами, обумловленная электростатическим взаимодействием между частицами дисперсии и макроионами противоположного знака; - адсорбционная флокуляция по механизму мостичной связи при сближении частиц дисперсии вследствие адсорбции участков макромолекул на поверхности двух и более частиц. Механизм коагуляции Согласно представлениям теории ДЛФО возможны два основных механизма коагуляции: 1. Концентрационная коагуляция, при которой потеря устойчивости коллоидов вызвана сжатием диффузных оболочек при неизменном φ- и ζ- потенциалах. 2. Нейтрализационная коагуляция, которая происходит из-за внедрения ионов-коагуляторов в адсорбционный слой с соответствующим снижением ζ- потенциала. Концентрационная коагуляция характерна для действия индиффирентных электролитов, не способных к специфической адсорбции. Нейтрализационная коагуляция вызывается снижением φ- потенциала в результате избирательной адсорбции противоионов. Самые различные факторы могут вызвать коагуляцию золей: • Изменение температуры (как нагревание, так и охлаждение) • Механическое воздействие (встряхивание, перемешивание и др.) • Действие света, электрического разряда и тд. Одной из наиболее важных характеристик флокулянтов, существенно влияющих на седиментационную устойчивость дисперсных систем, является молекулярная масса (ММ) флокулянта. Как правило, с увеличением ММ флокулирующая способность возрастает, что позволяет снизить дозу полимера. Это обусловлено возможностью больших макромолекул связывать большее число частиц в крупные хлопья посредством полимерных мостиков между частицами. На флокулирующую способность влияет не только ММ, но и молекулярно-массовое распределение полимера. В смесях высоко- и низкомолекулярных фракций флокулирующая способность определяется высокомолекулярной фракцией, особенно при малых добавках полимера. Правильно подобранный флокулянт отвечает следующим параметрам воды: - заряду взвешенных частиц; - концентрацией растворенных солей; - следующей за флокуляцией стадией обработки воды. Заряд молекулы флокулянта взаимодействует с зарядом взвешенных частиц (противоположные притягиваются!). Ионы солей блокируют рабочие группы флокулянта по тому же правилу снижая уровень его заряда. В случае положительного заряда частиц используются флокулянты анионного типа, а при отрицательном - катионного. Неионные флокулянты применяются для флокуляции частиц, имеющих практически нейтральный заряд, например при осаждении гидрооксидов цветных и тяжелых металлов. Определять предварительно заряд частиц или нет - зависит от постановки задачи. В общем случае, чем более крупные частицы должны быть осаждены, тем более высокомолекулярный флокулянт должен быть подобран. Это объясняется просто: длинная молекула флокулянта должна быть способна закрепиться на двух частицах взвешенного, а при недостаточных линейных размерах молекулы флокулянта она не в состоянии закрепиться на нескольких частицах. При этом чем выше молекулярная масса используемого флокулянта, тем меньше его рабочая дозировка и эффект очистки. Концентрации флокулянтов тем выше, чем ниже температура обрабатываемой воды. Это связано с тем, что взвешенные частицы при повышении температуры могут агрегировать самостоятельно. Следует учитывать, что в летний период, если температура обрабатываемой воды повышается, дозировку флокулянтов теоретически можно снизить. Это поможет соответственно снизить расходы на обработку воды. Следующая за флокуляцией и коагуляцией стадия обработки воды определяет молекулярную массу флокулянта. Очистка воды - это всегда отделение твердого от жидкого. Если для этого используется флотация или фильтрации на скором фильтру применяются флокулянты с меньшей молекулярной массой. При гравитационном разделении используются высокомолекулярные флоккулирующие реагенты Праестол, так как с их помощью образуются более крупные и плотные хлопьевидные осадки. 9. Напишите схему получения водорастворимых полимеров из акрилонитрила. 10. Какими параметрами характеризуют молекулярную массу,молекулярно-массовое распределение и полидисперсность полимеров? Средняя ММ полидисперсного полимера является средневзвешенной величиной, вклад в которую каждой из фракций определяется ее ММ и относительным количеством. Для полидисперсного полимера характерны: Значение среднечисловой молекулярной массы Mn представляет собой суммарную массу всех молекул в образце полимера, отнесенную к одной среднестатистической молекуле, т.е. отношение массы полимера к числу молекул. Для расчета среднемассового значения молекулярной массы Мw необходимо знать долю данной молекулярной массы в общей молекулярной массе. Если значение каждой молекулярной массы умножить на его долю и сложить эти произведения, то полученное значение молекулярной массы называется среднемассовым. Молекулярно-массовое распределение (полидисперсность полимеров) − соотношение количеств макромолекул различной молекулярной массы в данном образце полимера. Важной характеристикой полидисперсного полимера является ширина ММР. Отношение Mw/Mn, которое характеризует ширину ММР, называют коэффициентом полидисперсности Шульца. Полидисперсность полимеров При полимеризации или поликонденсации, вследствие неодинаковости технологических условий, обычно получаются макромолекулы различных размеров, т. е. образуется полимергомологический ряд. Поэтому принято говорить о полидисперсности высокомолекулярного вещества, которую удобно характеризовать кривыми распределения.  Существенная разница в форме обеих кривых объясняется тем, что малые макромолекулы, обычно присутствующие в продукте реакции в большом количестве, составляют сравнительно небольшую весовую фракцию. Следует заметить, что набухание и растворение высокомолекулярных соединений, свойства их растворов, а также физико-механические свойства самих высокомолекулярных веществ существенным образом зависят от их полидисперсности. Поэтому определение и регулирование степени полидисперсности высокомолекулярных веществ играют в технике большую роль. Для получения более однородных по степени полимеризации или по молекулярному весу высокомолекулярных продуктов обычно проводят их фракционирование методами растворения или осаждения. 11. Фракционирование полимеров и построение кривых молекулярно-массового распределения. Для получения более однородных по степени полимеризации или по молекулярному весу высокомолекулярных продуктов обычно проводят их фракционирование методами растворения или осаждения. Фракционирование растворением основано на зависимости растворимости полимергомологов от размера молекул: чем меньше молекула, тем лучше растворяется гомолог. Практически для разделения на фракции высокомолекулярное вещество обрабатывают сначала жидкостью, растворяющей низкомолекуляриые члены полимергомологического ряда, затем оставшийся продукт обрабатывают жидкостью, растворяющей уже более высокомолекулярные фракции, и т. д. Часто вместо того, чтобы пользоваться различными жидкостями для экстрагирования, применяют смеси двух жидкостей, _из которых одна служит хорошим растворителем для всех фракций, а другая является для них нерастворителем. Изменяя в смесях, которыми последовательно проводится экстрагирование, соотношение растворителя и нерастворителя, продукт можно разделить на сколь угодно большое число фракций различного молекулярного веса. Из растворов, полученных в результате фракционированного растворения, экстрагированную фракцию осаждают, прибавляя большое количество нерастворителя. Например, для фракционирования нитрата целлюлозы можно использовать смеси воды с ацетоном, для фракционирования каучука — смеси этилового спирта с бензолом. Фракционирование осаждением проводят из раствора высокомолекулярного вещества, в котором содержатся все фракции. Приливая к этому раствору все возрастающие количества иерастворителя, в осадке последовательно получают ряд фракций. Естественно, что молекулярный вес этих фракций будет тем меньше, чем больше было прилито иерастворителя, так как наиболее низкомолекулярные фракции всегда обладают наибольшей растворимостью. Следует отметить, что при фракционировании как растворением, так и осаждением выделение совершенно однородных фракций, в которых все молекулы имели бы одну и ту же длину, практически невозможно, поскольку с уменьшением разницы в длине цепи различие в растворимости ‘ (равно как и во всех других физических свойствах) становится весьма незначительным.   12. Методы определения молекулярных масс. Краткая характеристика методов определения молекулярных масс полимеров. Методы Различают два типа фракционирования: препаративное (возможно изучить свойства фракций), и аналитическое, при котором получают кривую распределения без выделения отдельных фракций. Аналитические Среднемассовые Ультрацентрифугирование Турбидиметрическое титрование Средневязкостные Вискозиметрия 3. Метод светорассеяния Гель-проникающая хроматография Среднечисловые Осмометрия Криоскопия Эбулиоскопия Препаративные Фракционное осаждение Фракционное растворение Фракционное осаждение Наиболее часто используемый метод фракционного осаждения состоит в последовательном осаждении из раствора полимера ряда фракций, молекулярные массы которых монотонно убывают. Это можно сделать различными способами: - добавлением осадителя к раствору полимера; - испарением растворителя, если полимер был предварительно растворен в смеси растворитель-осадитель; - изменением температуры раствора, которое приводит к ухудшению качества растворителя. Полимер в растворе → полимер в осадке Фракционное растворение Метод фракционного растворения состоит в последовательном экстрагировании полимера серией жидкостей, растворяющая способность которых по отношению к данному полимеру последовательно возрастает. Исходный полимер может быть твердым, в виде коацервата, пленки, на инертном или активном носителе. Получаемы фракции обладают последовательно возрастающей молекулярной массой. Твердый полимер → полимер в растворе Турбидиметрическое титрование Турбидиметрическое титрование заключается в измерении мутности раствора полимера при добавлении к нему осадителя. Суть метода – измерение мутности системы при титровании раствора полимера осадителем при постоянной температуре. Метод оценочный, позволяет получать качественную интегральную кривую ММР, близкую к весовой. Мутность обусловлена рассеянием света образующимися частицами концентрированной фазы Результаты представляются в виде графика зависимости мутности системы (  ) от объемной доли осадителя ( осадитель). Мутность обусловлена рассеянием света образующимися частицами концентрированной фазы.   Узкое ММР Широкое ММР Бимодальное распределение: |