Расчет Ван-дер-Ваальсовых объемов. В данной главе рассмотрим расчет физико-химических характеристик нового полимера

В данной главе рассмотрим расчет физико-химических характеристик нового полимера, полученного заменой атома водорода на атом хлора в метильной группировке ориентированной по отношению к атому кремния.

 

Рис.5. Мономер поли-1-(дваметилметиленхлорсилил)пропина-1, смоделированный c помощью программы ChemCraft.

Расчет Ван-дер-Ваальсовых объемов проводится по формулам, приведенным в третьей части курсовой работы.

ΔV_C,13 = 17,2 Å; ΔV_C,15 = 9,0 Å; ΔV_C,24 = 6,2 Å; ΔV_C,106 = 16,0 Å; ΔV_C,210 = 6,0 Å; ΔV_Si,170 = 20,3 Å; ΔV_Cl,190=19,5 ų;ΔV_H,124 = 2,0 ų

Сумма Ван-дер-Ваальсовых объемов:

ΣΔV_i = ΔV_C,13 +ΔV_C,15 + ΔV_C,24 + 2 ∙ ΔV_C,106 + ΔV_C,210 + ΔV_Si,170 + ΔV_Cl,190 + 11 ∙ ΔV_H,124

ΣΔV_i = 132,2 ų

Рис. 6. Поли-1-(дваметилметиленхлорсилил)пропин-1 с указанием инкрементов объемов различных атомов.

Температура стеклования

Для выбранного полимера, с заменой атома водорода на атом хлора в метильной группировке около 2 атома углерода:

= 347 К

Температура плавления

Таким образом рассчитаем по первому способу:

=1288 К.

Температура деструкции

Параметр находим в Таблице 26 [10]. Производим расчет по вышеизложенной формуле:

T_d = 650,5 К

Около 650,5 К поли-1-(дваметилметиленхлорсилил)пропин-1 начинает расщепляться на низкомолекулярные вещества.

Показатель преломления

Значения – средняя величина коэффициента молекулярной упаковки отвержденных сеток при их температуре стеклования, а значения R_i из Таблицы 27 [9].

Коэффициент оптической чувствительности по напряжению

МПа^-1

Диэлектрическая проницаемость

По полученному значению диэлектрической проницаемости мы можем оценить полярность (магнитный момент) повторяющегося звена полимера, что имеет существенное значение для предсказания растворимости полимера.

Плотность энергии когезии и параметр растворимости Гильдебранда

δ = 7,86 (кал/см³)^1/2

Поли-1-(дваметилметиленхлорсилил)пропин-1 может растворяться в органических растворителях при δ = 7,86 (кал/см³)^1/2.

 

Критерий растворимости

По таблице 7.3. [10] выписываем пять растворителей, у которых δ_р ≈ 7,86 (кал/см³)^1/2:

Циклогексан δ_р =7,9 (кал/см³)^1/2

Изобутилхлорид δ_р =7,9 (кал/см³)^1/2

трет-Бутилхлорид δ_р =7,9 (кал/см³)^1/2

Четыреххлористый углерод δ_р =7,8 (кал/см³)^1/2

Изобутилметакрилат δ_р =8,1 (кал/см³)^1/2

Теплоемкость

Выводы

1. Рассчитаны физико-химические показатели поли-1-(триметилсилил)пропина-1 методом групповых инкрементов Аскадского А.А.

2. На основании исходного полимера путем замены атома водорода в боковых заместителях получено два новых полимера и рассчитаны их физико-химические свойства.

3. Температура деструкции для полученных полимеров превышает температуру плавления, что говорит о невозможности их переработки в расплаве.

4.

Список литературы

1. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения / А.М. Шур. – 3-е изд., перераб. и доп. – М: Высш. Школа, 1981. – 656 с.

2. Тугов И.И. Химия и физика полимеров / И.И. Тугов, Г.И. Кострыкина. – Учеб. пособие. – М.: Химия, 1989. – 432с.

3. Тимощук А.С. Создание нанофильтрационных мембран на основе поли-1-(триметилсилил)-1-пропин и полидиметилсилметилена / А.С. Тимощук, В.В. Паращук, А.В. Волков и др. // Научная сессия МИФИ. – 2008. – Том 4. – С. 18-20.

4. Волков А.В. Мембраны на основе поли-1-триметилсилил-1-пропина для разделения жидкостей / А.В. Волков, В.В. Волков, В.С. Хотимский // Высокомолекулярные соединения. – 2009. – № 11. – С. 2113.

5. Пат. 2427673 Российская Федерация, МПК D01D 1/02, D01D 5/00. Прядильный раствор для электроформования, способ получения волокон электроформованием и волокна карбида кремния / Матвеев А.Т., заявитель и патентообладатель Институт новых углеродных материалов и технологий (Закрытое акционерное общество). - № 2010107758 / 05; заявл. 04.03.10; опубл. 27.08.11, Бюл. № 24. – 9 с.

6. Пат. 2435629 Российская Федерация, МПК B01D 61/00 Способ выделения и концентрированяи органических веществ из водных сред Волков В.В., заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева. - № 2010115211/ 05; заявл. 19.04.10; опубл. 10.12.11, Бюл. № 34. – 12 с.

7. Паращук В.В. Получение и исследование полимерных нанофильтрационных мембран для разделения органических сред: Автореф. дис. канд хим. наук / В.В. Паращук. – Москва, 2008. – 24 с.

8. Теляков В.В. Полимерные газоразделительные мембраны с «инвертированной» селективностью / В.В. Теляков // Российский химический журнал. – 2005. - № 2. – С. 48.

9. Аскадский А.А. Компьютерное материаловедение полимеров. - Том Ι: Атомно-молекулярный уровень / А.А. Аскадский, В.И. Кондращенко. – М: Научный мир, 1999. – 543 с.

10. Аскадский А.А. Химическое строение и физические свойства полимеров / А.А. Аскадский, Ю.И. Матвеев. – М: Химия, 1983, – 248с.

11. Аскадский А.А. Лекции по физикохимии полимеров / А.А. Аскадский. – М.: Физический факультет МГУ, 2001. – 223 с.

12. Расчет физико-химических свойств полимерных материалов: Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Физико-химические основы технологии полимерных материалов» / С.С. Борисевич, В.М. Янборисов. – Уфа: Уфимск. гос. академия экономики и сервиса, 2011. – 2–е изд., испр. – 31 с.

 

Приложения

Приложение 1

Результаты исследования физико-химических свойств полимеров.

Физико-химические свойства полимеров	Поли-1-(триметилсилил) пропин-1	Поли-1-(триметилсилил)-3-хлорпропин-1	Поли-1-(дваметил метиленхлорсилил) пропин-1
Tg, К	363,6
Tm, К	583,3	1260,3
Td, К	813,6	679,5	650,6
δ, (кал/см3)1/2	8,32	7,67	7,86
n	1,45	1,33	1,94
Cσ, МПа-1	-3,5∙10-2	-4,2∙10-2	-4,4∙10-2
ε	2,1	1,78	3,76
, кал/моль∙°С	36,5	41,6
, кал/моль∙°С	43,4	46,7	44,2

 

Обозначения полимеров на рисунках:

♦ - Поли-1-(триметилсилил)пропин-1

▲ – Поли-1-(триметилсилил)-3-хлорпропин-1

● – Поли-1-(дваметилметиленхлорсилил)пропин-1

 

Приложение 2

Рис. 7. График зависимости температуры стеклования от состава полимера.

Приложение 3

Рис. 8. График зависимости температуры плавления от состава полимера.

 

Приложение 4

Рис. 9. График зависимости температуры деструкции от состава полимера.

Приложение 5

 

Рис. 10. График зависимости показателя преломления от состава полимера.

 

Приложение 6

Рис. 11. График зависимости коэффициента оптической чувствительности по напряжению от состава полимера.

Приложение 7

 

Рис. 12. График зависимости диэлектрической проницаемости от состава полимера.

 

Приложение 8

Рис. 13. График зависимости параметра растворимости Гильдебранда от состава полимера.

Приложение 9

Рис. 14. График зависимости молярной теплоемкости полимера, находящейся в стеклообразном состоянии (♦) и находящейся в высокоэластическом состоянии (■) от состава полимера.