Прогнозирование совместимости полимеров бмск30 пэвд 15303003

• Название: Прогнозирование совместимости полимеров бмск30 пэвд 15303003
• Дата: 11.05.2019
• Размер: 115.45 Kb.
• Имя файла: 12456.docx
• Тип: Документы; #76723

Министерство образования и науки Российской Федерации

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

1. 
   Бутадиен-метилстирольный каучук 30% (БМСК-30) – аморфный полимер, основная формула которого:
   

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. 
   Плотность
   
2. 
   Молекулярная масса
   
3. 
   Температура стеклования
   
4. 
   Температура деструкции
   
5. 
   Дефектные звенья:
   

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:

2. 
   Плотность
   
3. 
   Молекулярная масса
   
4. 
   Температура стеклования
   
5. 
   Температура деструкции
   

6. 
   Дефектные звенья:
   

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.

№	Вещество	∑γ, (кал/см3)0,5	М, г/моль	,г/см3
1	БМСК-30	4857	388	0,93	11,64
2		488	56	0,915	7,97

Так как то БМСК-30 и не совместимы по методу Смола.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОВМЕСТИМОСТИ ВЕЩЕСТВ ПО МЕТОДУ АСКАДСКОГО

Расчетные формулы:



где – сумма вкладов атомных группировок в энергию когезии, кал/моль;

– сумма мольных объемов, которые имеют инкрименты расчетного звена, ;

– число Авогадро (6,022·10²³ моль⁻¹).

Рассчитаем энергии когезии, мольные объёмы и параметры растворимости данных полимеров.













С учетом дефектных звеньев:













Таблица 2 – Основные параметры веществ.

№	Вещество		,кал/моль
1	БМСК-30	502,3	21223	8,37
2		49,8	2166	8,69

Вычислим .

Так как то БМСК-30 и совместимы по методу Аскадского.

Результаты, полученные при расчете двумя методиками не совпадают.

ЗАВИСИМОСТЬ СОВМЕСТИМОСТИ ПОЛИМЕРОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Расчетные формулы:



где V-общий объем смеси, м³,

- мольный объем мономерного звена, м³/моль,

- объемные доли полимеров в смеси,

,-степени полимеризации мономеров,

-параметр взаимодействия полимеров,

- температура, К,

-универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль∙К)),
-изменение энергии Гиббса,Дж/моль.



где где χ – константа Хаггинса,

R – универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К)),

T – температура, К,

– параметры растворимости полимера и растворителя соответственно, определяемые из опыта или расчетным путем,

V- мольный объем мономерного звена, м³/моль.

Выбираем интервал температур или 173 К298 К с шагом 10 К. Рассчитаем параметр взаимодействия полимеров для выбранных температур:

1. 
   Для 173 К:
   

2. 
   Для 198 К:
   

3. 
   Для 223 К:
   

4. 
   Для 248 К:
   

5. 
   Для 273 К
   

6. 
   Для 298 К
   

Тогда теоретический термодинамический потенциал при различных температурах будет равен:

1. 
   Для 173К:
   

2. 
   Для 198К:
   

3. 
   Для 223К:
   

4. 
   Для 248К:
   

5. 
   Для 273К:
   

6. 
   Для 298К:
   

Сведем полученные показатели в таблицу:

Таблица 3 - Зависимость термодинамического потенциала от температуры.

∆G, КДж/моль	Т, К
-19892	173
-41918	198
-63851	223
-86779	248
-105595	273
-120934	298

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 ТЕМПЕРАТУРАХ

Расчетные формулы:



где V-общий объем смеси, м³,

- мольный объем мономерного звена, м³/моль,

- объемные доли полимеров в смеси,

,-степени полимеризации мономеров,

-параметр взаимодействия полимеров,

- температура, К,

-универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль∙К)),

-изменение энергии Гиббса,Дж/моль.

Рассчитаем параметр взаимодействия полимеров для различных температур и различных объемных долях полимеров.

1. 
   Для 173 К:
   

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.

∆G, КДж/моль	φ1	φ2
-19892	0,1	0,9
-49498	0,3	0,7
-66857	0,5	0,5
-67827	0,7	0,3
-42048	0,9	0,1

2. 
   Для 198 К:
   

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.

∆G, КДж/моль	φ1	φ2
-22781	0,1	0,9
-56685	0,3	0,7
-76563	0,5	0,5
-77672	0,7	0,3
-43586	0,9	0,1

3. 
   Для 223 К:
   

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.

∆G, КДж/моль	φ1	φ2
-25661	0,1	0,9
-63851	0,3	0,7
-86242	0,5	0,5
-87488	0,7	0,3
-49093	0,9	0,1

4. 
   Для 248 К:
   

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.

∆G, КДж/моль	φ1	φ2
-28542	0,1	0,9
-71017	0,3	0,7
-95919	0,5	0,5
-97304	0,7	0,3
-54600	0,9	0,1

5. 
   Для 273 К:
   

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.

∆G, КДж/моль	φ1	φ2
-31421	0,1	0,9
-78182	0,3	0,7
-105595	0,5	0,5
-107118	0,7	0,3
-60106	0,9	0,1

Построим график зависимости ∆G=f():
Рисунок 2 – Зависимость изменения энергии Гиббса от соотношения объемных долей в общей смеси при постоянной температуре.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В 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

1. 
   Аскадский А. А., Матвеев Ю. И. «Химическое строение и физические свойства полимеров», издательство «Химия», Москва, 1983-248с.
   
2. 
   Большой справочник резинщика.Ч. 1. Каучуки ингредиенты/Под ред. С.В Резниченко-М.:ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ, 2012-744с.
   
3. 
   Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения: Учеб.для вузов –М.: Изд. Центр «Академия»,2003-368с.