WSTĘP:

Polimery są makrocząsteczkami - związkami o dużej masie cząsteczkowej, zbudowanymi z wielu powtarzających się fragmentów – merów. Znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle. Jednym z najczęściej stosowanych polimerów jest polistyren [-CH2CH(C6H5)-]n - łatwoformowalny, termoplastyczny, dający się łatwo

barwić, stosowany do wyrobu przedmiotów gospodarstwa domowego, zabawek czy opakowań - powszechnie znany pod nazwą styropianu.

Przedmiotem pracy są badania roztworów polistyrenu w: orto-dichlorobenzenie, będącym dobrym rozpuszczalnikiem dla polistyrenu oraz w słabszym rozpuszczalniku - mieszaninie cis/trans-dekalin, będącej tzw. rozpuszczalnikiem dla badanego

polimeru. Do badań wykorzystano polistyren ataktyczny o masie molowej 1,3∙104

g/mol i wskaźniku polidyspersyjności MW/Mn 1,06.

Bardzo ciekawych informacji dostarcza analiza funkcji nadmiarowych roztworów (są to różnice pomiędzy obserwowanymi termodynamicznymi funkcjami mieszania a ich odpowiednikami dla roztworów idealnych), dzięki którym można opisać odstępstwa od stanu idealnego. Pozwalają na analizę zmiany charakteru oddziaływań międzycząsteczkowych zachodzących w roztworach. Ujemne odchylenia molowej objętości roztworu od addytywności są oznaką różnic między wielkościami cząsteczek. Oddziaływania międzycząsteczkowe mogą powodować ujemne bądź dodatnie odchylenia od addytywności .

Pomiary gęstości pozwalają na obliczenie wartości średnich objętości molowych, objętości nadmiarowych oraz objętości cząstkowych polistyrenu i jegorozpuszczalników w tych roztworach.

METODA POMIAROWA:

Gęstości roztworów zmierzono w gęstościomierzu wibracyjnym. Do znajdującej się w nim termostatowanej u-rurki o małej średnicy wprowadzana jest substancja badana. Przymocowany na końcu rurki magnes o dużej mocy pola jest pobudzany do drgań przez zmienne pole magnetyczne - zakłócające pole stałego magnesu. Po ustaleniu danej temperatury z miernika odczytywane są wartości: temperatury i okresów drgań, które później przeliczane są na gęstości (kalibracja wobec dwóch wzorców o znanych gęstościach). Pomiary wykonano w zakresie temperatur od 20 do 36oC.

W PLANACH:

• wyliczenie objętości cząstkowych i wielkości nadmiarowych potrzebnych do dalszej analizy zachowania polistyrenu w badanych układach,

• przeprowadzenie pomiarów dla roztworów o bardzo dużym stężeniu,• analiza otrzymanych wyników i wyciagnięcie wniosków na temat oddziaływania

polistyrenu w roztworach

ROZPUSZCZANIE POLIMERÓW:

Polimery rozpuszczają się w cieczach o małej masie cząsteczkowej, gdzie przyjmują kształt tzw. kłębka statystycznego – sfery wypełnionej pozwijanym łańcuchem polimeru. Proces ten dzieli się na dwa etapy: w pierwszym – cząsteczki rozpuszczalnika w wyniku dyfuzji przenikają w głąb kłębuszka polimeru powodując jego pęcznienie, co prowadzi do powstania żelu. Polimer, mimo zwiększenia objętości, zachowuje swój kształt. W drugim etapie solwatowane cząsteczki polimeru rozsuwają się od siebie, następuje ekspansja kłębuszków polimeru – żel ulega rozpadowi.

Rozpuszczalność polimerów zależy głównie od: temperatury, stężenia roztworu, ciśnienia, masy cząsteczkowej, polidyspersyjności polimeru i rodzaju rozpuszczalnika. Dla polimerów wyróżnia się trzy rodzaje rozpuszczalników:• Dobre – charakteryzują się rozpuszczalnością w szerokim zakresie stężeń i temperatur. Należą do nich benzen i jego pochodne (jak o-dichlorobenzen), CCl4 czy THF.• Rozpuszczalniki – posiadają górną i dolną krytyczną temperaturę rozpuszczania. Pomiędzy tymi temperaturami, niezależnie od składu roztworu i masy rozpuszczonego polimeru, zawsze otrzymuje się roztwór homogeniczny. Z termodynamicznego punktu widzenia cząsteczki w punkcie znajdują się w stanie niezaburzonym – nie zachodzi ani ekspansja, ani kontrakcja kłębuszków polimerowych (wszystkie oddziaływania w roztworze kompensują się). Przykładami rozpuszczalników dla polistyrenu są: dekalina, cykloheksan czy cyklopentan.• Złe rozpuszczalniki posiadają punkt hiperkrytyczny, w którym stykają się: górna i dolna temperatura krytyczna rozpuszczania (dla danej masy molowej polimeru). Należą do nich np. aceton, heksan czy eter dietylowy.

Od jakości rozpuszczalnika zależy wielkość kłębuszka polimerowego – największe rozmiary przyjmują makrocząsteczki w dobrych rozpuszczalnikach, a najmniejsze - w złych.

CEL PRACY:

Wyznaczenie temperaturowych zależności gęstości roztworów polistyrenu (o masie molowej 1,3∙104g/mol i wskaźniku polidyspersyjności Mw/Mn1,06) w dwóch różnych rozpuszczalnikach w celu wyliczenia wielkości wolumetrycznych, takich jak: średnie objętości molowe, objętości nadmiarowe oraz cząstkowe objętości molowe. Zestawienie otrzymanych wartości pozwoli na porównanie oddziaływań występujących w badanych roztworach polistyrenu.

OTRZYMANE WYNIKI:

Otrzymano szereg gęstości badanych układów - polistyrenu rozpuszczonego w: o-dichlorobenzenie i mieszaninie cis/trans-dekalin - w zależności od temperatury i ich składu. Wyniki przedstawiono na wykresach. Z otrzymanych gęstości obliczono molowe objętości tych roztworów. Posłużą one do dalszej analizy roztworów.

„„Gęstości i właściwości wolumetryczne roztworów polistyrenu w orto-dichlorobenzenie i dekalinie.”Gęstości i właściwości wolumetryczne roztworów polistyrenu w orto-dichlorobenzenie i dekalinie.” autor: Przemysław Oberbek

Praca magisterska wykonywana w Pracowni Radiochemii Kierownik pracy: prof. dr hab. Jerzy Szydłowski

Opiekun pracy: dr Małgorzata Jelińska-Kazimierczuk

polistyren + o-dichlorobenzen

1,23

1,24

1,25

1,26

1,27

1,28

1,29

1,30

1,31

0 5 10 15 20

stężenie

gę

sto

ść

22 st. C

28 st. C

34 st. C

polistyren + dekalina

0,87

0,88

0,89

0,90

0,91

0,92

0,93

0 5 10 15 20 25 30

stężenie

gęs

tość 22 st. C

28 st. C

34 st. C

PS + o-dichlorobenzen

100

105

110

115

120

125

130

135

140

145

150

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003

ułamek molowy PS

ob

jęto

ść

mo

low

a [

cm

3/m

ol]

22 st. C

28 st. C

34 st. C

PS+dekalina

140

150

160

170

180

190

200

210

220

0 0,001 0,002 0,003 0,004

ułamek molowy PS

ob

jęto

ść

mo

low

a [

cm

3/m

ol]

22 st. C

28 st. C

34 st. C

ZALEŻNOŚĆ GĘSTOŚCI ROZTWORÓW OD STĘŻENIA POLISTYRENU

ZALEŻNOŚĆ OBJĘTOŚCI MOLOWEJ ROZTWORÓW OD UŁAMKA MOLOWEGO POLISTYRENU

CH2 CH

tło i plik graficzny pochodzą z Internetu