Макромолекулалардың кеңістіктік құрылымы

 

      Полимерлердің ісіну дәрежесін  анықтау және ісінудің кинетикалық  қисықтарын тұрғызу әдістерімен  танысу.

   Реактивтер: Изопренді каучук СКИ-3, мета-ксилол, целлофан.

   Қажетті  құрал-жабдықтар: Бюкстер, қысқыш, лорсионды таразы.

   Изопренді  каучукті көптеп алудың техникалық  тиімді әдістерінің ашылуы мен  полимерлеудің жаңа комплексті  және литийлі катализаторларын қолдану, құрлымы мен физика-механикалық қасиеттері жағынан табиғи каучукке ең жақын синтетикалық каучук изопренді алуға мүмкіндік береді [6].

       Бұл рецептінің негізі изопренді  каучук болып табылады. Изопренді  каучуктерді катализаторларды қатыстыра отырып ерітіндіде изопренді полимерлеу арқылы алады.

       Химиялық қасиеттері. Полиизопреннің  қасиеттері олардың құрылымымен  анықталады. Комплексті катализаторлармен  изопренді полимерлегенде құрамында  93-99% цис-1,4 пішіні бар ретті   құрылымы СКИ-3 каучугін алады.  
Полимер ерітіндісінен СКИ-3 сулы дегазация немесе этил спиртімен бөлініп шығады. Каучук спиртті бөлінуге қарағанда сулы дегазация арқылы бөлініп шыққан кезде, полимер құрамындағы күл мөлшері 2-2,5 есе және темір 5-7 есе көп болады.

       Физикалық қасиеттері. СКИ-3 тығыздығы 0,92 г/см³ тең, шынылану температурасы – 70⁰С, сипаттамалық тұтқырлығы 2,6-3,0 бензолдағы ергіштігі 97-99%, қанықпаушылығы 94-98%, молекулалық салмағы 230000 шамасында, Карьер бойынша иілімділігі: I-топта – 0,28-0,40; II-топта – 0,41-0,53.

        Технологиялық қасиеттері. Негізінен  синтетикалық изопренді каучуктерді  өңдеудің технологиясы табиғи  каучуктікі сияқты. Дегенмен изопренді  каучуктердің тұтқырлығы төмен,  ал молекулалық салмағы жоғары  «жалған» аумақтың болуы салдарынан ингредиенттерін алдыр-ала енгізуге болады және олар нашар дисперсияланады. Бұл жағдайда изопренді каучуктерді пластикациялау және араластыру кезінде ескеру қажет [9-10].

       Қоспаларды дайындау изопренді  каучукті иілімдетуді (пластикациялауды) 93-107⁰С температурада химиялық пластификатор пентон 65 (каучуктің 100 мас.б. 0,25 мас.б.) қатыстыра отырып резина араластырғышта жүргізуге болады, ал сосын қалған ингредиенттеді қосады. Бірліктерде араластырғанда ТК негізіндегі қоспаларды араластырғандағыға қарағанда біліктер температурасын төмендеу ұстау қажет, сонымен бірге әрбір вулкандаушы топ үшін араластыру уақытын, режимін таңдап алу қажет.

    СКИ-3 негізіндегі резина қоспаларының  когезиялық беріктігі төмен, сондықтан  да оны арттыру үшін СКИ-3 1:1 қатынаста ТК қосады. Сонымен қатар изопренді каучук пен ТК жеке-жеке иілімдейді, ал сосын араластырып, әдеттегідей етіп ингредиенттерді енгізеді.

 

2. Алынған нәтижелерді өңдеу және талдау

 

1. Үлгілердің ісінуін жүргізу және ісіну дәрежесін есептеу.
2. Каучуктің ісінгендігі кинетикалық қисықтарын тұрғызу.

0,15-0,20 г. Өлшенген  каучуктің сынамасын бюкске салып,  оның үстіне 3-4 мл мета-ксилолды  құямыз, содан кейін ісінуге қалдырамыз. Ісінудің кинетикалық дәрежесін  анықтау үшін каучуктің салмағын  әрбір 5 минут сайын тұрақты салмаққа жеткенге дейін өлшеп отырамыз. Ол үшін каучукті қысқышпен абайлап алып, эфирге батырамыз, 30 сек. Кейін таразыда өлшейміз, содан кейін қайта мета-ксилолға саламыз. 10 минуттан кейін барлық үлгілер таразыда өлшенеді. Нәтижелер кестеге жазылады. Ісіну дәрежесі төмендегі өрнек бойынша есептелінеді.

Мұндағы  m-ісінген үлгінің салмағы, г.

                m₀ –ісінгенге дейінгі үлгінің салмағы, г.

 

1-ші кесте.  Ісіну дәрежесінің уақытқа тәуелділігі

 

Ісіну уақыты, мин.	Целлофанның салмағы, г.	Ісінген үлгінің целлофанмен бірге өлшенген салмағы, г.	Ісінген үлгінің  целлофансыз өлшенген салмағы, г.
0	5,31	7,82	2,51
10	5,23	11,21	5,98
20	5,10	14,33	9,23
30	5,44	18,05	12,61
40	5,41	20,29	14,88
50	5,18	21,98	16,8
60	5,30	23,9	18,6
70	5,35	25,45	20,1

 

 

 

  Алған нәтиже бойынша изопренді каучук СКИ-3 ісіну дәрежесін уақытқа тәуелділігінің қисығын саламыз. 

    Изопренді  каучук СКИ-3 ісіну дәрежесі

 

                                                                                    Ісіну уақыты, минут

   5-ші сурет.  Изопренді каучук СКИ-3 ісіну дәрежесін  уақытқа тәуелділігінің қисығы.

   Ісіну  жылдамдығы ісіну дәрежесінің  уақытқа тәуелдігімен түсірілген  қисықтың α бұрышымен сипатталады: α жоғары болған сайын ісіну жылдамдығы да жоғары болады (5-ші сурет).

   5-ші суреттен  көріп отырғандай белгілі бір  уақытта ісіну дәрежесі тұрақты  болады. Ісіну дәрежесінің қисығы  горизонтальды аймаққа сәйкес  келгенде, онда оны максимальды  немесе тепе-теңдік ісіну дәрежесі  деп атайды. Буда полимерлердің  ісіну жылдамдығы сұйықтықтағы қарағанда төмендеу болады, ал максимальды ісіну дәрежесі өзгермейді.

      Полимерлердің ісіну дәрежесін  әр түрлі жағдайларда өзгеруін  талдау полимердің құрылымын  және оның эксплуатациялық қасиеттерін  білуге жағдай жасайды. Ісінудің  кинетикалық қисығының пішіні полимердің құрлымына тәуелді, термодинамикалық туыстық дәрежесі оның еріткішіне тәуелді болады. Полимерлік бұйымдарының ісінуі олардың көлемі мен өлшемін ұдғайтып қана қоймайды, сонымен қатар пішіні өзгереді, бірден беріктігі төмендейді. Ісінгенде полимерлер қасиетінің өзгеруі немесе олардың өзгерісінің мәндік дәрежесі полимер мен еріткіштің табиғатына байланысты немесе тәуелді болады.

        Органикалық еріткіштерде полимерлердің  ісінуі дәрежесі еріткіштің молекулалық  салмағына тәуелді болады: неғұрлым ісінуі дәрежесі соғұрлым жоғары болады.

       Ісіну процесі молекулааралық  және сутек байланысының үзілуімен,  сонымен қатар керілген макромолекуланың  бұзылуымен, бос радикалдардың түзілуімен, бұзылған реакцияларды иницерлеумен  жүзеге асады. Полимердің интенсивті тотығу деструкциясы егер еріткіштің өзі жеңіл тотығатын болса ғана байқалады. Осыдан полимер беріктігі төмендейтіні бәрімізге белгілі. Интенсивті деструкция температура жоғарылаған кезде өседі.

     Бірнеше  жағдайларда полимердің өзі еріткіште ісінбесе де, одан дайындалған бұйым еріткіштің әсерімен бұзылуы мүмкін, яғни ол пластификаторлар мен стабилазатор және басқа компоненттерінің жуылуына байланысты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

 

        Әдебиетке шолуда макромолекулалардың химиялық құрылымы және құрлымы кеңістіктік полимерлердің ісінуіне анықтамалар беріліп, мысалдар келтірілді. Полимер төмен молекулалық қосылыстардан және молекулалық емес құрылымды заттардан ерекшелігі механикалық қасиеттерде, еріткіштердегі әрекетінде және кейбір химиялық қасиеттерінде көрінеді. Олар созылымдық – қатысты үлкен емес жүктеу кезіндегі жоғары қайтымды деформацияларға қабілеті (каучуктер); шыны тәріздес және кристалды полимерлердің аз морттылығы (пластмассалар, органикалық шыны); бағытталған механикалық алаң әрекетінен макромолекулалардың орналасуға қабілеті (талшықтар мен қабыршақтарды жасағанда қолданылады). Полимерлер ерітінділерінің ерекшеліктері: полимердің аз концентрацияларында ерітіндінің жоғары тұтқырлығы; полимердің еруі ісіну сатысы арқылы өтеді. Макромолекулалардың әртүрлі конформацияны қабылдау қабілеті макромолекуланың белгілі бір ұзындығына жеткен кезде ғана көріне бастайтын макромолекуланың иілгіштігімен сипатталады. Полимерлердің ерекше қасиеттерін қарастыра отырып полимерлердің иілгіштігін және полимерлердің қасиеттеріне иілгіштіктің әсерін анықтадық.

      Эксперименталдық бөлімде синтетикалық  каучуктердің ісіну дәрежесін  анықтап полимерлердің ісіну  дәрежесін әртүрлі жағдайларда  өзгеруін талдау полимердің құрлымын және оның эксплуатациялық қасиеттерін білуге жағдай жасайды. Ісінудің кинетикалық қисығының пішіні полимердің құрлымына тәуелді, термодинамикалық туыстық дәрежесі оның еріткішіне тәуелді болатындығын байқадық. Ісіну процесі молекулааралық және сутек байланысының үзілуімен, сонымен қатар керілген макромолекуланың бұзылуымен, бос радикалдардың түзілуімен, бұзылған реакцияларды иницирлеумен жүзеге асады. Полимердің интенсивті тотығу деструкциясы егер еріткіштің өзі жеңіл тотығатын болса ғана байқалады. Осыдан полимер беріктігі төмендейтіні бәрімізге белгілі. Интенсивті деструкция температура жоғарлаған кезде өседі.

       Бірнеше жағдайларда полимердің  өзі еріткіште ісінбесе де  одан дайындалған бұйым еріткіштің  әсерәмен бұзылуы мүмкін, яғни  ол пластификаторлар мен стабилизатор және басқа компоненттерінің жуылуына байланысты. Органикалық еріткіштерде полимерлердің ісінуі дәрежесі еріткіштің молекулалық салмағына тәуелді болады: неғұрлым төмен болса, ісіну дәрежесі соғұрлым жоғары болады.

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. Ергожин Е.Е., Шайхутдинов Е.М., Құрманалиева М.К. Жоғары молекулалық қосылыстар. – Алматы: Білім, -2008.-320б.
2. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. М.: Химия. 1998.-312с
3. Асаубек М. Полимер құрлымы.-Алматы.-1999.-104б.
4. Маймақов Т. Пластикалық массалар технологиясы.-Алматы, 1999.-144б.
5. Энцциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия,-1997.т.1-3.
6. Торопцева А.М., Белогородская К.В., Бондпренко В.М. Лабораторный практикум по химии и технологии высокомолекулярных соединений. –Л.: Химия.-1972.-416 с.
7. Құрманалиев М. Жоғары молекулалық қосылыстар. –Алматы: Санат,-1993.-132б.
8. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения. –М.: Высшая школа,-2004.-556 с.
9. Кирпичников П.А., Аверко-Антонович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О. Химия и технология синтетического каучука.-Л.: Химия, -1987.-424 с.
10. Тасанбаева Н.Е., Сақыбаева С.Ә., Оразымбетова А.О., Жантасова У.С. Жоғары молекулалық қосылыстардың физикасы мен химиясы пәнінен зертханалық жұмыстарды жүргізуге арналған әдістемелік нұсқау. –Шымкент. ОҚМУ,-2007.
11. Стрепихеев А.А., Деревицкая В.А. Основы химии высокомолекулярных соединений, 3-е изд., -М.:Химия,-2001.-137 с.