O’ZBEKISTON RESPUBLIKASI OLIY VA O’RTA
MAXSUS TA’LIM VAZIRLIGI
Toshkent to’qimachilik va yengil sanoat instituti
Tolali materiallar va qog’oz kimyoviy texnologiyasi va dizayni kafedrasi
UDK 541.64+53
5522300
“To’qimachilik, уengil va qog’oz sanoati mahsulotlari
kimyoviy texnologiyasi” yo’nalishi bo’yicha
tahsil olayotgan bakalavrlar uchun
POLIMERLAR FIZIKASI VA KIMYOSI
fanidan laboratoriya mashg’ulotlari bo’yicha
USLUBIY KO’RSATMA
TOSHKENT– 2010 y.
2
ANNOTATSIYA
“Polimerlar fizikasi va kimyosi” fanidan laboratoriya mashg’ulotlari bo’yicha
tayyorlangan uslubiy ko’rsatma 5522300 “To’qimachilik, yengil va qog’oz sanoati
buyumlari kimyoviy texnologiyasi” yo’nalishi bo’yicha tahsil olayotgan bakalavrlar
uchun mo’ljallangan. Uslubiy ko’rsatmada polimerlar xossalarini tekshirishning
fizik
kimyoviy
usullari,
polimerlanish,
polikondensatlanish
reaktsiyalari,
polimerlarda bo’ladigan kimyoviy o’zgarishlar, sellyuloza va uning hosilalari haqida
ma’lumot berilgan. Shuningdek, polimerlarning eruvchanligini, molekulyar
massasini, ularning tarkibidagi suv, kul miqdorini aniqlash, hamda, polimerlar
sintezining polimerlanish va polikondensatlanish reaktsiyalari, polimerlar gidrolizi
bilan bog’liq laboratoriya ishlari bo’yicha vazifalar, ularni bajarish tartibi, ishga oid
topshiriqlar va har bir bo’lim oxirida nazorat savollari keltirilgan.
Tuzuvchi: TMQKTD kafedrasi assistenti,
t.f.n. Xasanova S.X.
Taqrizchilar: 1. TTESI “Nazariy kimyo” kafedrasi
professori, t.f.d. Rafikov A.S.
2. TDPI “Ximiya va uni o’qitish
metodikasi” kafedrasi dosenti,
k.t.n. Maxmatkulova Z.X.
Institut ilmiy
uslubiy kengashida tasdiqlangan “___”_________ 2010 y.
Qaydnoma № _____
TTYESI bosmaxonasida _____ nusxada ko’paytirilgan.
3
TEXNIKA XAVFSIZLIGI
1. Olingan topshiriqdan tashqari boshqa ishlarni laboratoriyada bajarish
ta’qiqlanadi.
2. Ish stolida faqat ishni bajarish uchun zarur bo’lgan reaktivlar va qurilmalar
bo’lishi lozim.
3. Sintez jarayonini olib borishda belgilangan sharoitlarga qat’iy rioya qilish
muhim.
4. Nomi yozilmagan reaktivlarni ishlatish qat’iyan man qilinadi.
5. Kimyoviy reaktivlar qoldiqlarini, organik erituvchilarni, kimyoviy erituvchilar
suvli eritmalarini, ayniqsa polimer eritmalarini rakovinaga to’kish ta’qiqlanadi.
6. Reaktiv saqlanadigan idish qopqoqlarini almashtirish, iflos shtapelni hamda
to’kilgan reaktivlarni qaytadan bankaga solish mumkin emas.
7. Ishlayotgan qurilmalarni, elektr isitish uskunalarini yoqilgan holda tashlab
ketmaslik kerak.
8. Laboratoriyada ishlatiladigan idishlarda suv ichish, ovqat eyish, xonada
chekish man etiladi.
9. Laboratoriyadagi moddalarni ta’tib ko’rish ta’qiqlanadi. Moddalar hidini
ehtiyotlik bilan aniqlash lozim.
10. Zaharli moddalar (xlor, brom, vodorod sulfid, ammiak, organik erituvchilar)
bilan ishlash faqat mo’rili shkaf ostida amalga oshiriladi.
11. Reaksiya ketayotgan kolbaga yaqin turmaslik kerak.
12. Singan va qirralari uchgan idishlarni qo’llash mumkin emas.
13. Yopiq kolbalarda suyuqliklarni qizdirish qat’iyan man etiladi.
14. Suyuqliklarni pipetkaga og’iz orqali tortish ta’qiqlanadi. Buning uchun
rezinali nokdan foydalanish zarur.
15. Yonuvchan erituvchilar bilan ishlashda nihoyatda ehtiyot bo’lish zarur
(benzol, benzin, uglerod sulfid, spirt, aseton).
16. Yonuvchan suyuqliklarni elektr toki bilan qizdiriladigan yog’li yoki suvli
hammomlarda qizdirish lozim (ochiq olovda yoki setkada qizdirish man
etiladi).
4
17. Zaharli va o’yuvchi moddalarni qo’l bilan ushlash mumkin emas, chunki ular
teri orqali o’tib organizmni zaharlashi mumkin.
18. Simobni to’kmaslikka harakat qiling, chunki uning bug’lari xonani zaharlashi
mumkin. To’kilgan simobni rux plastinka bilan yig’ing, qoldiqlarini ustiga esa
oltingugurt seping.
19. Kuchli sulfat kislotani suyultirish uchun uni suv ustiga quying.
20. Kislotalar bilan kuyganda kuygan terini avval suv bilan so’ngra natriy
bikarbonat eritmasi bilan yuvish lozim.
21. O’yuvchi ishqorlar bilan kuyganda kuygan joy avval suv bilan keyin
suyultirilgan sirka kislotasi bilan yuviladi.
22. O’yuvchi zaharli moddalar bilan ishlab bo’lgach, ish joyi yaxshilab
tozalanishi, qo’llar esa sovunlab yuvilishi lozim.
23. Elektr isitish uskunalarini stol yoki yog’och jismlar ustiga qo’yish man etiladi.
Buning uchun olovga bardoshli bo’lgan asbest yoki keramikadan tayyorlangan
taglikdan foydalanish zarur.
24. Elektr toki bilan jarohatlanganda jabrlanganni tok ta’siridan rubilnikni
uchirish orqali ozod etib, zarur bo’lsa vrach kelgunga qadar sun’iy nafas berish
jarayoni bajariladi.
25. Yong’in chiqqanda yonuvchan moddalarni mumkin qadar uzoqroqqa olish
zarur.
26. Agar idish ichidagi ozgina suyuqlik yonsa uni ustini asbest yoki latta bilan
yopish kerak. Agar yonayotgan suyuqlik stol ustiga to’kilsa, uni qum yoki
odeyalo bilan o’chiriladi, zaruriyat tug’ilganda esa o’t o’chirgichdan
foydalaniladi.
27. Kishi kiyimi yonganda yonayotgan odamni ustiga odeyalo tashlanadi. Olov
o’chgandan keyin yongan kiyim bo’laklarini darhol olib tashlanadi.
5
I BO’LIM. POLIMERLANING FIZIK-KIMYOVIY XOSSALARI
Yuqori molekulyar moddalar bir qancha xossalari jihatidan past molekulyar
moddalardan farqlanadi. Bu farqlardan biri polimer molekulalarining juda kattaligi va
polidispersligidir. Polimer moddalar kimyoviy tarkibi va molekulyar tuzilishi bir xil,
lekin uzunligi har xil bo’lgan polimergomologlardan tuzilgan. Polimerlarning
makromolekulalari chiziqsimon, tarmoqlangan yoki to’rsimon tuzilishda bo’ladi.
Chiziqsimon polimerlarning hammasi ma’lum erituvchilarda eriydi, ularning
quyi kontsentratsiyasi juda katta qovushqoqlikka ega bo’lib, uning qiymati quyi
molekulyar moddalarnikidan bir necha marta ortiqdir.
Tarmoqlangan polimerlar ham yaxshi eriydi. Ular bir xil o’rtacha molekulyar
massaga ega bo’lgan taqdirda chiziqsimon polimerlardan ko’ra ko’proq eriydi va
eritmalarning qovushqoqligi past bo’ladi. Makromolekulalarning tarmoqlanishi ular
mustahkamligining kamayishiga sabab bo’ladi, chunki bunday molekulalar zich
joylashmaydi, ularning o’zaro ta’sir kuchi ham chiziqsimon molekulalarnikidan
kamroq bo’ladi.
To’rsimon polimerlar chiziqsimon va tarmoqlangan polimerlarga butunlay
o’xshamaydi. Bunday polimerlar hech qachon erimaydi va harorat ko’tarilishi bilan
suyuqlanmaydi. Molekulalar kimyoviy bog’lar bilan o’zaro bog’langan bo’lib,
bunday polimerlarda molekulyar massa degan tushunchaning fizik ma’nosi yo’qoladi.
Ularni eritmaga o’tkazish yoki suyuqlantirish uchun makromolekulalar o’rtasidagi
kimyoviy bog’larni uzish, ya’ni polimerni parchalash kerak bo’ladi. To’rsimon
polimerlarning barcha xossalari makromolekulalar o’rtasidagi ko’ndalang kimyoviy
bog’larning qanday joylashganligi, soni va tabiatiga bog’liq. Bu bog’larni sonini
ortishi bilan polimerning qattiqligi va issiqqa chidamligi ortib, deformatsiyaga
uchrash qobiliyati pasayadi. Polimerlar harorat va ta’sir etuvchi kuchga qarab uch
holatda bo’lishi mumkin: 1. Qattiq holatdagi polimerlar; 2. Elastik holatdagi
polimerlar; 3. Oqish xususiyati mavjud holatdagi polimerlar.
POLIMERLARNI TEKSHIRISHNING FIZIK
KIMYOVIY USULLARI
Fizik
kimyoviy usullar yordamida polimer molekulasining kimyoviy tarkibini
va hajmini o’zgartirmay turib, uni eritmada yoki qattiq holda tekshirish mumkin. Past
6
molekulyar moddalarning eruvchanligi ma’lum haroratda o’zgarmas bo’lib, modda
miqdoriga bog’liq emas. Polimerlar esa erishdan oldin chegaralangan miqdorda
bo’kib, so’ngra cheklangan miqdorda eriydi yoki butunlay erimaydi. Buning ustiga
polimerlar polidispers bo’lganligi uchun kichikroq molekulalar tez va ko’p miqdorda
eriydi. Katta makromolekulalar kam eriydi yoki butunlay erimay, bo’kish bilan
chegaraladi.
Polimerlarning erish jarayonini asosan to’rt bosqichga bo’lish mumkin:
1. Polimerning erituvchi bilan aralashmasi. Bunda sistemada polimer va erituvchi
fazalari bo’ladi. 2. Polimerning erituvchida qisman bo’kishi. Sistema bo’kkan
polimer va erituvchi fazalaridan iborat bo’ladi. 3. Polimerning eritmaga o’ta
boshlashi. Sistemada polimerning eritmasi va erituvchining polimerdagi eritmasi bor.
4. Polimer butunlay erib ketadi va ikkala fazada kontsentratsiya tenglashadi.
1
LABORATORIYA ISHI
Polimer
xossalarini
eritma
holda
o’rganish.
Eruvchanlikni aniqlash
Og’zi maxkam yopiladigan probirkaga maydalangan polimer namunasidan 1 g
va erituvchidan 10 ml solinib, uy haroratida 2 soat saqlanadi. Bu vaqt ichida ba’zan
probirkani chayqatib turish kerak. Oradan 2 soat o’tgach, probirkadagi o’zgarishga
qarab polimerning erigan yoki bo’kkanligi aniqlanadi. Agar polimer qisman erigan
yoki bo’kkan bo’lsa, uning eruvchanligini yuqoriroq haroratda tekshirish kerak.
Buning uchun probirkaning og’ziga qaytarma sovutkich o’rnatib, probirka 30 minut
davomida suv hammomida isitiladi, namunaning eriganligi yoki bo’kkanligi kuzatib
turiladi. Ko’pincha erituvchining eritish xususiyatini bilish kifoya qilmay, balki
polimerni qancha miqdorda erita olishini ham bilish zarur bo’ladi. Bunday hollarda
polimer eritmasini loyqalatish uchun sarflangan cho’ktiruvchi miqdori aniqlanadi.
So’ngra cho’ktiruvchi moddaning erituvchi hajmiga nisbati hisoblab topiladi va bu
nisbat polimerning erish miqdorini xarakterlaydi. Demak, eritmani loyqalatish uchun
cho’ktiruvchi qancha ko’p kerak bo’lsa, erituvchining eritish xususiyati shuncha
yaxshi deb hisoblanadi.
7
Tajriba o’tkazish tartibi: konussimon kolbaga maydalanagan polimerdan 1 g
solinib, 10 ml erituvchida eritiladi, eritma ustiga byuretkadan cho’ktiruvchi
tomiziladi (kolbani doimo chayqatib turish lozim). Kolbadagi tiniq eritma
loyqalangandan keyin, cho’ktiruvchi modda tomizish to’xtatiladi va 1 ml erituvchiga
to’g’ri keladigan cho’ktiruvchi miqdori (ml) hisoblab topiladi. Quyidagi jadvaldan
ba’zi polimerlar uchun erituvchi va cho’ktiruvchilar ko’rsatilgan.
1
jadval
Ba’zi polimerlar uchun tavsiya etilgan erituvchi va cho’ktiruvchilar
Polimer
Erituvchi
Cho’ktiruvchi
Poliizobutilen
Benzol
Metil yoki etil spirt
Polivinilxlorid
Dixloretan
Etil spirt
Perxlorvinil smolasi
Aseton,
ammiak
eritmasi
Suv, metil va etil spirtlar
Polistirol
Benzol
Metil spirt, benzin
Polivinil spirt
Suv, formamid
Metil va etil spirtlar
Polimetilmetakrilat
Benzol
Benzin
Polibutilmetakrilat
Aseton
Metil spirt
Polivinilasetat
Metil, etil spirtlar
Suv, efir
Poliuretanlar
Siklogeksanon
Suv
Poliefirlar
Aseton
Suv, metil va etil spirtlar
Poliamidlar
Krezol
Metil va etil spirtlar
Fenolformaldegid
smolasi
Aseton, etil spirt
Suv
POLIMERLARNING MOLEKULYAR MASSASINI ANIQLASH
Polimerlarda uzilishga mustahkamlik, cho’ziluvchanlik, elastiklik, plastiklik va
boshqa xossalar borligini sabablaridan biri, makromolekula uzunligini diametriga
qaraganda bir necha yuz va hatto bir necha ming marta ortiqligidir. Shuning uchun
polimerning molekulyar massasini aniqlash katta ahamiyatga ega. Lekin polimer
8
makromolekulasining polidispersligi va molekulyar massasi ularni aniqlash usuliga
bog’liq bo’ladi.
Kimyoviy usullar. Makromolekulalar massasini aniqlashning kimyoviy
usullari ularning uchlaridagi guruhlar sonini topishga asoslangan, chunki
makromolekulalarning bir yoki ikki uchida o’ziga xos funktsional guruhlar bo’ladi.
Kimyoviy usullar vositasida polimer molekulyar massasining adad qiymati
aniqlanadi. Molekulyar massani topishning fizik
kimyoviy usullari yordamida esa
molekulyar massaning adad qiymatini aniqlab bo’lmaydi.
Fizik
kimyoviy usullar. Bu usullar molekulyar massaning ortishi bilan
polimer eritmalari fizik
kimyoviy xossalarining (qovushqoqligi, eritmasining
osmatik bosimi, qaynash va muzlash harorati, shishalanish va qovushqoq
oquvchan
harakatga o’tish haroratinig) keskin o’zgarishini aniqlashga asoslangan. Bu
usullarning bir nechtasini tatbiq etish asosida molekulaning shaklini va polimerning
polidispersligini ham topish mumkin.
2
LABORATORIYA ISHI
Chiziqli polimerlarning molekulyar massasini
qovushqoqlikni o’lchash usuli bilan aniqlash
Qovushqoqlikni o’lchash usuli hozirgi vaqtda eng ko’p tarqalgan usul bo’lib,
chiziqli polimerlarning molekulyar massasini o’lchashda yaxshi natijalar beradi.
Shtaudinger polimerning molekulyar massasi bilan eritmasining qovushqoqligi
orasida bog’lanish borligini topdi:
С
h
K
M
sol
m
1
bu tenglamada:
M
-molekulyar massa;
m
K
-polimer va erituvchi tabiatiga bog’liq konstanta;
h
sol
- eritmaning solishtirma qovushqoqligi;
S – eritmaning konsentrasiyasi.
So’nggi vaqtlarda, Shtaundinger tenglamasiga yangiliklar kiritilib, xarakteristik
qovushqoqlik bilan molekulyar massa orasidagi bog’lanishni ifodalovchi quyidagi
ikkita tenglama topildi:
9
a) chiziqli tenglama:
y
M
K
h
m
b) darajali tenglama:
M
K
h
m
Bu tenglamalarda:
h
- xarakteristik qovushqoqlik,
u - empirik konstanta,
- makromolekula va erituvchining xossalariga hamda ularning o’zaro
ta’siriga bog’liq son.
2-jadvalda ba’zi polimerlar uchun
m
K
va
ning qiymatlari ishlatiladigan
erituvchilar keltirilgan. Polimer eritmasining absolyut qovushqoqligi eritma
kontsentratsiyasiga bog’liq bo’lganligdan molekulyar massasini hisoblashda
solishtirma va xarakteristik qovushqoqliklardan foydalaniladi. Shuning uchun
polimerning nisbiy qovushqoqligini o’lchab, undan solishtirma va xarakteristik
qovushqoqlikning qiymatlari hisoblab topiladi.
2-jadval
Ba’zi polimerlar va erituvchilar uchun
m
K
va
ning qiymatlari
Polimerlarning
nomi
Formulasi
Erituvchi
Haro
rat,
0
C
m
K
Poliakrilonitril
CH
2
CH
n
CN
Dimetilform
amid
20
1,75
10
-4
0,66
Polibutadien
(-CH
2
-CH=CH-CH
2
-)
n
Toluol
25
1,1
10
-4
0,62
Polivinilasetat
CH
2
CH
n
OCOCH
3
Atseton
50
2,8
10
-4
0,67
Polvinilspirt
CH
2
CH
n
OH
Suv
50
5,9
10
-4
0,67
Polivinilxlorid
CH
2
CH
n
CL
Tetragidrofu
ran
20
0,26
10
-3
0,92
Poligeksametilenadip
amid
-HN-(CH
2
)
6
-NHCO(CH
2
)
4
-
CO-
n
90 % li
chumoli
kislota
25
1,05
10
-4
1,0
Poliizopren
(-CH
2
-C=CH-CH
2
-)
n
Toluol
25
3,6
10
-4
0,64
10
CH
3
Polikaprolaktam
-HN-(CH
2
)
5
-CO
n
40% li
sulfat
kislota
20
5,02
10
-4
0,67
Polimetilmet
akrilat
CH
3
CH
2
C
n
COOCH
3
Benzol
Xloroform
Toluol
20
20
85
2,4
10
-4
0,94
10
-4
0,49
10
-3
0,54
0,76
0,82
Polipropilen
CH
2
CH
n
CH
3
Toluol
20
9,6
10
-4
0,63
Polistirol
CH
2
CH
n
C
6
H
5
Toluol
30
1,28
10
-4
0,70
Polietilen
CH
2
CH
2
n
Dekalin
70
0,39
10
-4
0,74
Diatsetat
Sellyuloza
C
6
H
7
O
2
(OH)(OCOCH
3
)
2
]
n
Atseton
25
1,49
10
-4
0,82
Nitrotsellyuloza
C
6
H
7
(ONO
2
)
3
n
Atseton
27
0,82
10
-4
1,0
Etiltsellyuloza
C
6
H
7
(OC
2
H
5
)
3
n
Atseton
20
6,9
10
-4
0,71
Polimer eritmasining nisbiy qovushqoqligi viskozimetr yordamida o’lchanadi
(1
rasm). Viskozimetr U shaklidagi shisha naydan iborat bo’lib, uning bir tirsagi
kengroq bo’ladi. Ingichka tirsagiga diametri 0,7-1,0 mm bo’lgan kapillyar ulangan
bo’lib, kapillyarning usti 2-3 ml sig’imli shardan iboratdir. Sharning ustki qismi va
ostki qismlariga A va V belgilar quyilgan. Sharning uchiga rezina nay kiydiriladi,
viskozimetr termostatga joylashtiriladi.
1
rasm. Viskozimetrlar:
a
Osvald viskozimetri;
b
Osvald
Pinkevich viskozimetri
11
Polimer eritmasining nisbiy qovushqoqligini aniqlash uchun dastavval toza
erituvchining viskozimetr kapillyardan oqib tushish vaqti o’lchanadi. Buning uchun
viskozimetrga 5 ml erituvchi olinib, termostatda 20 minut saqlanadi. So’ngra
erituvchi rezina nay orqali so’rilib, sharning ustki belgisi (A) dan oshguncha
ko’tariladi. So’rish to’xtatilgandan keyin, erituvchi kapillyar orqali oqib tusha
boshlaydi. U sharning ustki (A) belgisiga kelganda, sekundomer yurgizib yuboriladi,
erituvchi sharning ostki (V) belgisidan o’tib ketguncha kutiladi. Erituvchi ostki
belgidan o’tganda sekundomer to’xtatiladi va erituvchining ustki belgidan ostki
belgigacha tushish vaqti yozib quyiladi.
Bu jarayon 3-4 marta takrorlanadi, natijaning o’rtacha qiymati olinadi. Shu
usulda polimerning har xil 0,5-1 % gacha bo’lgan kontsentratsiyali eritmasining
oqish vaqti aniqlanadi. Nisbiy qovushqoqlik quyidagi tenglamadan hisoblab topiladi:
0
1
t
t
nis
bu tenglamada:
nis
- eritmaning nisbiy qovushqoqligi;
t
1
va t
0
- eritma va erituvchining oqish vaqti, sekundlarda.
Polimer erigandan keyin erituvchi qovushqoqligining ortishi eritmaning
solishtirma qovushqoqligi deb ataladi va quyidagi tenglamadan topiladi:
0
0
1
1
t
t
t
nis
sol
Polimerning molekulyar massasi esa quyidagi tenglama asosida aniqlanadi:
С
h
K
M
sol
m
1
bu tenglamada:
m
K
- konstanta (uning qiymati jadvallardan olinadi);
S – eritmaning molyar kontsentratsiyasi.
Molekulyar massa xarakteristik qovushqoqlikni aniqlash yuli bilan ham
topilishi mumkin. Xarakteristik qovushqoqlikni aniqlash uchun polimerning 0,05;
0,1; 0,2; 0,5; 0,8 g / 100 ml kontsentratsiyali eritmalari tayyorlanib, ularning nisbiy
va solishtirma qovushqoqligi aniqlanadi. Olingan natijalar asosida solishtirma
12
qovushqoqlikning eritma kontsentratsiyasiga nisbati bilan kontsentratsiya orasidagi
bog’lanish grafigi chiziladi (2
rasm). Grafik ordinata o’qini kesib o’tguncha davom
ettiriladi.
2
rasm. Xarakteristik qovushqoqlikni
aniqlash grafigi
Xarakteristik qovushqoqlikning qiymati grafik bilan ordinatalar o’qining
koordinatalar boshigacha bo’lgan oraliqqa teng; u quyidagi tenglama asosida hisoblab
topiladi:
M
K
h
m
Bu tenglamadagi
m
K
va
ning son qiymatlari jadvallarda berilgan bo’ladi.
Do'stlaringiz bilan baham: |