CC BY
13ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИСКОЗИМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ СОПОЛИМЕРОВ МЕТИЛМЕТАКРИЛАТА
12 3
Нурлыбаева А.Н. , Садиева Х.Р. , Кулажанова А.С. , Кудайбергенова Р.М.4, Байбазарова Э.А.5, Егисинова А.М.6
1Нурлыбаева Айша Нурлыбаевна - PhD доктор, доцент;
2Садиева Халипа Рыскуловна - кандидат технических наук, доцент;
3Кулажанова Айсулу Садибаевна - старший преподаватель;
4Кудайбергенова Рабига Мусапаровна - магистр химии;
5Байбазарова Эльвира Адилбековна - магистр химии;
6Егисинова Аяжан Максатовна - магистр химии, кафедра химии и химической технологии, технологический факультет,
Таразский региональный университет им МХ. Дулати, г. Тараз, Республика Казахстан
Аннотация: в данной работе осуществлен синтез новых гидрофобных сополимеров на основе бутилметакрилата (БМА) и метилметакрилата (ММА) исследованы их физико-химические и поверхностные свойства.
Ключевые слова: бутилметакрилата (БМА), метилметакрилата (ММА), лакокрасочный материал, динитрила азо - бис - изомасляной кислоты (ДАК).
Синтез и исследование новых водоотталкивающих полимеров, а именно сочетанием мономерных звеньев различной природы, отличающихся гидрофобным балансом, представляют значительный интерес, в связи с непрерывным расширением областей их практического применения.
Это работа относится к лакокрасочным материалам и может быть использовано для защиты различных поверхностей, в быту и в промышленности. Метакриловая лакокрасочная композиция по первому варианту содержит метакриловое пленкообразующее - акриловый органический растворимый сополимер бутилметакрилата с метилметакрилатом. Это относится к производству лакокрасочных покрытий и может быть использовано для создания защиты различных поверхностей от внешнего агрессивного воздействия и для придания изделиям соответствующего внешнего вида. Лакокрасочные покрытия на основе метакриловых сополимеров, например представляющая собой сополимер бутилметакрилата и метилметакрилат отличаются высокой атмосферо- и светостойкостью. Это покрытия эластичны, стойки к удару, имеют хорошую адгезию к окрашиваемой поверхности [1, с 13].
Экспериментальная часть. Полибутилметилметакрилат получен реакцией радикальным методом сополимера метилметакрилата с бутилметакрилатом по следующей схеме:_
СНз — C — C ооснз COOC4H9 СНз | СНз СНз
| COOC4H9 | CO ОСНз
В станкане пришлифованной крышкой готовят смесь мономеров 450гр метилметакрилата (ММА) перемешивают с 50гр бутилметакрилатом (БМА) мольным соотношении 90:10 и после сборки прибора в реакционную двухгорлую колбу
загружали перемешенный 100 гр смеси и реакционную смесь в течение 10 минут нагревали при перемешиании на воздушной бане до 800С. Когда температура бани достигала 500С, начили подачу азота или аргона, доходящую почти до поверхности реакционной массы. Скорость подачи газа регулировали зажимом так, чтобы через промежуточную склянку проходило пузырки. В остаток смеси добавляют 0,5гр динитрила азо - бис - изомасляной кислоты (ДАК) и включают мешалку и при энергичном перемешивании растворяет. После растворения смесь и при работающей мешалке и охлождении медленно по каплям в течение 1 час через капельную воронку вводят инициатор.
Сополимеризацию проводят до сиропобразного состояние. Затем смесь в холодной воде охлаждают, осторожно вскрывают и растворяет в ацетоне. Сополимеры переносят в стакан растворенный в ацетоне, содержимый раствор очищали методом осаждения в этаноле. Это происходит потому, что сополимер не растворим в этаноле. Потом их сушать в предварительно взвешенных чашках Петри сначала на воздухе, а затем вакумным сушилке [2, с. 42].
Методика исследования. Вискозиметрический метод не требует специального оборудования и не связан с большой затратой времени, поэтому он представляется наиболее удобным в повседневной практике. Однако этот метод не является абсолютным и может быть применен только для таких систем полимер -растворитель, для которых уже определены константы, входящие в эмпирическое уравнение, выражающее зависимость между характеристической вязкостью раствора и молекулярной массой полимера. Значения этих констант определяют экспериментально на основании абсолютных методов.
Метод основан на уравнении Марка-Куна-Хаувинка:
|П1=К'М"
где М - молекулярная масса полимера; К и а - константы, значения которых для отдельных систем полимер - растворитель приведены в таблице; [п] -характеристическая вязкость.
Вискозиметр помещают в термостат, температуру в котором нужно поддерживать на заданном уровне с точностью не менее 25 — 0,1° С. Вязкость растворов измеряем в капиллярных вискозиметрах Убеллоде, и вычисляем по формуле:
Лоты. = т / т0
Удельную вязкость пуд. можно рассматривать как относительное приращение вязкости растворителя при растворении в нем полимера:
"Луд. = т — то / т0
Приведенная вязкость может быть описана также следующим уравнением:
"Ппр. = %д. / С
т0 - время истечения чистого растворителя т0 = 32, т - время истечения раствора, С - концентрация полимера (г/дл);
5мл раствора наливают в ячейку вискозиметра и помещают в термостат, где поддерживается постоянная температура. Вискозиметр представляет собой капиллярную трубу, соединенную с измерительным шариком.
Вискозиметр погружен в термостат. Раствор засасывается грушей из резервуара вискозиметра в шарике, выше верхней метки над измерительным шариком. Измеряется время истечения жидкости между метками. Затем определить не менее чем 3 раза, время истечения растворителя т (с) и взять среднее значение, причем отсчеты по секундомеру не должны отличаться более, чем на 0,2 с.
Концентрации растворов определяют по формуле
с = рУ * 100 V (V! + У2)
где р - навеска полимера, р = 0,1г; V, VI, V - соответственно обьемы растворителя, V = 10 мл ацетоне растворяли 0,1г сополимера, VI - исходный раствор, V - растворитель добавленного в вискозиметр при разбавлении мл.
Аналогично измеряют время истечения растворов. Для этого следует вылить растворитель через широкое колено и заполнить вискозиметр раствором меньшей концентрации. Определить время истечения раствора т. По выше приведенным уравнениям рассчитывают относительную, удельную и приведенную вязкости [3-7, с 10-85]. Результаты измерений и расчетов представляют в виде таблицы 1.
Таблица 1. Результаты измерений и расчетов
Концентрация раствора т - время истечения раствора, сек Потн. = т 0/ Т0 Пуд. = т — т0 / т0 Ппр. Пуд. / С
Сополимер ММА:БМА 90:10
1 92 2,87 1,87 1,87
0,71 72 2,25 1,25 1,76
0,55 59 1,84 0,84 1,53
0,5 54 1,68 0,68 1,36
Сополимер ММА:БМА 70:30
1 93 2,90 1,90 1,90
0,71 73 2,28 1,28 1,8
0,55 58 1,81 0,81 1,47
0,5 55 1,71 0,71 1,42
Сополимер ММА:БМА 50:50
1 86 2,68 1,68 1,68
0,71 68 2,13 1,13 1,58
0,55 57 1,78 0,78 1,42
0,5 54 1,68 0,68 1,36
Сополимер ММА:БМА 30:70
1 87 2,71 1,71 1,71
0,71 67 2,09 1,09 1,54
0,55 56 1,75 0,75 1,36
0,5 53 1,65 0,65 1,3
Сополимер ММА:БМА 10:90
1 89 2,78 1,78 1,78
0,71 70 2,88 1,18 1,66
0,55 61 1,90 0,80 1,45
0,5 54 1,68 0,68 1,36
На графике показано приведенная вязкость линейно зависит от концентрации раствора полимера. Экстраполяция этой зависимости от нулевой концентрации позволяет определить характеристическую вязкость |п].
[П]=Нт пуд. / С при С—>0
Величина |п] и наклон прямой чувствительны к природе растворителя и температуре. С ухудшением качества расворителя макромолекулярные клубки сжимаются, что приводит к уменьшению |п] и увеличению константы Хаггинса К.
Рис. 1. Зависимость цпр. = цуд. / С от концентрации раствора ММАБМА 90:10; 70:30; 50:50; 30:70; 10:90 разных соотношениях
Обработка результатов. Простейшим экспериментальным способом определения С является измерение характеристической вязкости данного сополимера в данном растворителе. Измерения характеристических вязкостей ММА:БМА при 80° были проведены нами, а соответствующие результаты представлены на рис. 1. В работе мы наблюдали переход от разбавленного к умеренно концентрированному раствору в ходе полимеризации ММА:БМА. Последующее увеличение концентрации полимера в реакционной смеси выше некоторого другого характеристического значения сопровождается увеличением темпа нарастания вязкости и появлением минимума скорости полимеризации на дифференциальной кинетической кривой. Характеристическую вязкость сополимеров регулировали изменением концентраций. На основании вискозиметрических данных, пользуясь уравнением Марка-Куна-Хаувинка и данными таблицы 2 рассчитать молекулярную массу полимера [8, 9 с. 106-125].
Таблица 2. Константы К и а для вычисления молекулярных масс полимеров
Полимер Растворитель Т°С К-104 а
полиметилметакрилат Бензол 25 0,468 0,77
Ацетон 25 0,575 0,70
Хлороформ 25 0,49 0,82
Толуол 25 0,71 0,73
полибутилметакрилат Ацетон 25 1,84 0,62
Хлороформ 25 0,437 0,8
метил-этилкетон 25 0,156 0,81
Список литературы
1. Abdul Samad H. and Jaafar M. Effect of polymethyl methacrylate (PMMA) powder to liquid monomer (P/L) ratio andpowder molecular weight on the properties of PMMA cement // Polymer-Plastics Technology and Engineering, 2009. Vol. 48. №5. Р. 554-560.
2. Dunne N.J. and Orr J.F. Thermal characteristics of curingacrylic bone cement // ITBM-RBM, 2001. Vol. 22, № 2. Р. 88-97.
3. Callais P. A. in Coatings Technology Handbook // Satas D., Marcel Ed., Dekker, Inc., New York, 1991. Р. 521.
4. Patent US H1799 H Star polymer viscosity index improver for oil compositions, Anderle G.A. and Lenhard S.L., 2003.
5. Patent US. Н1896, Polymer viscosity, Muller and H.P. Gruttmann H., 2001.
6. Bhattacharya A., Rawlins W.J., Ray P. Polymer grafting and crosslinking // Wiley, A John Wiley&Sons, Inc. Publication, 2009. Vol. 5. № 3. P. 81-112.
7. Appelhans D., Ferse D., Adler J.P., Plieth W., Fikus A., Grundke K., Schmitt F.J., Bayer T, Adolphi B. Colloids and Surfaces // New York, 2000. P. 161-203.
8. Wu S. Polymer Interface and Adhesion // New York: Marcel Dekker Inc, 1982. P. 130.
9. Mittal K.L. and Lee K.W. Polymer Surfaces and Interfaces-Netherlands: Characterization, Modification and Application // CRC Press, Utrecht, 1997. P. 120.
