Прогнозирование совместимости полимеров бмск30 пэвд 15303003
![]()
|
![]() Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Волгоградский государственный технический университет Химико-технологический факультет Кафедра «Химия и технология переработки эластомеров» КОНТРОЛЬНО-СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА по предмету «Основы совместимости полимеров» Тема: «Прогнозирование совместимости полимеров БМСК-30− ПЭВД 15303-003» Выполнил: студентка группы ХТ-343 Заулочная Г.А. Проверил: к.т.н., доцент Гайдадин А.Н. Волгоград, 2018 ВВЕДЕНИЕ Изучение растворимости полимеров друг в друге и получение новых полимерных смесей всегда будет актуальной целью химической промышленности, так как в современном мире все больше и больше находят применение полимеры и полимерные смеси. Смешение полимеров с уникальными свойствами приведет к появлению новой смеси со своими уникальными свойствами, которые могут быть применены в разных отраслях нашей жизни. Свойства таких изделий зависят от состава смеси, свойств ее компонентов, режимов смешения и последующих технологических процессов, от совместимости полимеров. Совместимостью называют способность различных полимеров образовывать в определенных условиях однородные смеси с хорошими механическими свойствами. В данной работе будут использоваться следующие полимеры: бутадиен-метилстирольный каучук 30% и полибутадиен марки СКД 14924-75. Выбранные соединения имеют различные физические и химические свойства, что необходимо учесть при их совмещении. В данной семестровой работе рассматриваются метод расчета параметра растворимости по Гильденбранду – Смоллу и метод расчета параметра растворимости по Аскадскому. Для оценки способности полимеров к совместимости необходимо найти разность между значениями параметров растворимости смешиваемых материалов. Цель работы – спрогнозировать возможность совместимости изучаемых полимеров – бутадиен-метилстирольного каучука и полиэтилена высокого давления. Также определить, как зависит процесс совмещения полимеров от температуры и объемных долей. СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ
![]() Их получают методом радикальной полимеризации в эмульсиях бутадиена и пропенбензола. В настоящее время бутадиен-метилстирольный каучук является основным видом эмульсионного синтетического каучука общего назначения. Мономерное звено: – 1,3 – бутадиен ![]() – пропенбензол ![]() Физические свойства БМСК-30:
![]() 1,4-цис – 65% 1,4-транс – 17% Расчетная схема: ![]() 2. Полибутадиен (СКД 14924-75) –диеновый полимер, основная формула которого: ![]() Каучук СКД является продуктом полимеризации бутадиена в растворе в присутствии комплексных катализаторов на основе соединений титана. Химические свойства полибутадиенов определяются микроструктурой цепей, так как с увеличением доли 1,4-звеньев каучуки становятся химически более активными. Благодаря наличию С=С связей в цепи каучуки хорошо взаимодействуют с хлором, бромом, галогенсодержащими соединениями, кислородом, водородом и пр. Полибутадиены окисляются медленнее полиизопренов и в 45 отличие от них склонны к структурированию при старении, особенно при повышенных температурах. Уменьшение доли 1,4- звеньев снижает химическую активность бутадиеновых каучуков. Полибутадиены растворимы в нефтепродуктах, неполярных растворителях, устойчивы к действию полярных растворителей, растворов кислот и щелочей Мономерное звено: – бутадиен – 1,3 ![]() Некоторые физические свойства:
![]() ![]() 1,2 – транс – 5% 1,4 – транс – 8% Расчетная схема: ![]() ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОВМЕСТИМОСТИ ВЕЩЕСТВ ПО МЕТОДУ СМОЛА Расчетные формулы: ![]() где ρ - плотность полимера или растворителя, г/cм3; М - молекулярная масса г/моль; ∑γ - сумма мольных констант взаимодействия атомных группировок (кал/см3)0,5. Рассчитаем сумму мольных константы и параметры растворимости данных полимеров. ![]() ![]() ![]() С учетом дефектных звеньев: ![]() ![]() Таблица 1 – Основные параметры веществ.
![]() ![]() ![]() Так как ![]() ![]() ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОВМЕСТИМОСТИ ВЕЩЕСТВ ПО МЕТОДУ АСКАДСКОГО Расчетные формулы: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Рассчитаем энергии когезии, мольные объёмы и параметры растворимости данных полимеров. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() С учетом дефектных звеньев: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Таблица 2 – Основные параметры веществ.
Вычислим ![]() Так как ![]() ![]() Результаты, полученные при расчете двумя методиками не совпадают. ЗАВИСИМОСТЬ СОВМЕСТИМОСТИ ПОЛИМЕРОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ Расчетные формулы: ![]() где V-общий объем смеси, м3, ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() где где χ – константа Хаггинса, R – универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К)), T – температура, К, ![]() V- мольный объем мономерного звена, м3/моль. Выбираем интервал температур ![]() ![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]()
![]() Тогда теоретический термодинамический потенциал при различных температурах будет равен: ![]() ![]()
![]() ![]()
![]() ![]()
![]() ![]()
![]() ![]()
![]() ![]()
![]() ![]() Сведем полученные показатели в таблицу: Таблица 3 - Зависимость термодинамического потенциала от температуры.
Построим график зависимости ∆G=f(T): Рисунок 1 – Зависимость изменения энергии Гиббса от температуры. Как видно из зависимости, реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении. ЗАВИСИМОСТЬ СОВМЕСТИМОСТИ ПОЛИМЕРОМ ОТ МОЛЬНЫХ СООТНОШЕНИЙ ПРИ ПОСТОЯННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХРасчетные формулы: ![]() где V-общий объем смеси, м3, ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Рассчитаем параметр взаимодействия полимеров для различных температур и различных объемных долях полимеров.
![]() ![]() ![]() ![]() Аналогично проведем расчет при других объемных долях и сведем полученные данные в таблицу 4. Таблица 4 – Полученные значения ∆G при определенных объемных долях для 248К.
![]() ![]() Аналогично проведем расчет при других объемных долях и сведем полученные данные в таблицу 5. Таблица 5 – Полученные значения ∆G при определенных объемных долях для 258К.
![]() ![]() Аналогично проведем расчет при других объемных долях и сведем полученные данные в таблицу 6. Таблица 6 – Полученные значения ∆G при определенных объемных долях для 268К.
![]() ![]() Аналогично проведем расчет при других объемных долях и сведем полученные данные в таблицу 7. Таблица 7 – Полученные значения ∆G при определенных объемных долях для 278К.
![]() ![]() Аналогично проведем расчет при других объемных долях и сведем полученные данные в таблицу 8. Таблица 8 – Полученные значения ∆G при определенных объемных долях для 288К.
Построим график зависимости ∆G=f( ![]() Рисунок 2 – Зависимость изменения энергии Гиббса от соотношения объемных долей в общей смеси при постоянной температуре. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной семестровой работе были проанализированы два полимера: бутадиен-метилстирольный каучук 30% и полибутадиен марки СКД 14924-75, была рассмотрена методика расчета параметра растворимости по двум методам: метод Смолла и метод Аскадского. Результаты показали, что по методу Смолла данные полимеры не совместимы, а по методу Аскадского наоборот – совместимы. Реакция протекает самопроизвольно и в прямом направлении по всему интервалу температур (от температуры стеклования одного из полимеров, до температуры деструкции другого из полимеров). СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
|