Как найти среднюю степень полимеризации

Как рассчитать степень полимеризации


Автор:
Louise Ward


Дата создания:
10 Февраль 2021


Дата обновления:
26 Май 2023


Степень полимеризации. Решение задач. Ч.1.

Видео: Степень полимеризации. Решение задач. Ч.1.

Содержание

  • Что такое степень полимеризации
  • Как рассчитать степень полимеризации

Полимеризация — это химическая реакция, которая связывает мономеры с образованием больших цепей полимеров. В конечном итоге полимер будет иметь повторяющиеся звенья, поскольку он связывает несколько мономерных звеньев. Это количество повторяющихся звеньев помогает определить физические и химические свойства полимера и варьируется в зависимости от полимера и его молекулярной массы. Следовательно, расчет количества повторяющихся звеньев или степени полимеризации (DP) очень важен в полимерной промышленности.

Эта статья исследует,

1. Что такое степень полимеризации?

2. Как рассчитать степень полимеризации?

Что такое степень полимеризации

Термин степень полимеризации определяется как количество повторяющихся звеньев в молекуле полимера. В некоторых случаях этот термин используется для выражения количества мономерных звеньев в средней молекуле полимера. Однако это применимо, только если повторяющиеся звенья состоят из одного типа мономера. Обычно обозначается как ‘NВ обобщенной формуле — [M]N; где M повторяющаяся единица

Как рассчитать степень полимеризации

Образец полимера обычно содержит распределение цепей с различной степенью полимеризации. Следовательно, среднее значение должно приниматься при определении DP. Степень полимеризации можно рассчитать, используя следующее соотношение, если известна молекулярная масса молекулы полимера.

M = (DP) M0

М — молекулярная масса полимера, ДП — степень полимеризации и М0 формула веса повторяющейся единицы.

Пример: рассчитать степень полимеризации образца полиэтилена [(СН2-СН2)N], который имеет молекулярную массу 150000 г / моль.

Молекулярный вес повторяющегося звена, Мо= (12 х 2 + 1 х 4) г / моль = 28 г / моль

DP = M / Mо

= 150000 г / моль / 28 г / моль

= 5,35 х 103

Конкретная молекула содержит 5,35 х 103 повторяющихся единиц.

При рассмотрении молекулярной массы полимера для приведенного выше расчета, мы обычно принимаем либо среднечисленную молекулярную массу (MN) или среднемассовая молекулярная масса (Mвес).

Формула для расчета среднего молекулярного веса

Среднечисленную молекулярную массу можно определить,

MN= Σ Икся Mя

Икся доля общего числа цепей в каждом диапазоне, и Мя средняя молекулярная масса каждого диапазона размеров полимерных цепей.

Формула для расчета средней молекулярной массы

Средневесовую молекулярную массу можно определить,

Mвес= Σ ея Mя

ея массовая доля полимерных цепей, а Мя опять же средняя молекулярная масса каждого диапазона.

Ссылка:

Стюарт, Б. Х. (2008).Полимерный анализ (Том 30). Джон Вили и сыновья.

Рудин А. & Чой П. (2012).Элементы науки и техники о полимерах, Академическая пресса.

Алгер М. (1996).Полимерный научный словарь, Springer Science & Business Media.

Hannant, D.J. (1989). Наука и техника материалов: Дональд Р. Аскеланд. PWS, Бостон, Массачусетс, США, 1989. ISBN 0-534-91657-0. 876 с.

Источник

From Wikipedia, the free encyclopedia

The degree of polymerization, or DP, is the number of monomeric units in a macromolecule or polymer or oligomer molecule.[1][2][3]

For a homopolymer, there is only one type of monomeric unit and the number-average degree of polymerization is given by DP_{n}equiv X_{n}={frac {M_{n}}{M_{0}}},
where Mn is the number-average molecular weight and M0 is the molecular weight of the monomer unit. For most industrial purposes, degrees of polymerization in the thousands or tens of thousands are desired. This number does not reflect the variation in molecule size of the polymer that typically occurs, it only represents the mean number of monomeric units.

Some authors, however, define DP as the number of repeat units, where for copolymers the repeat unit may not be identical to the monomeric unit.[4][5] For example, in nylon-6,6, the repeat unit contains the two monomeric units —NH(CH2)6NH— and —OC(CH2)4CO—, so that a chain of 1000 monomeric units corresponds to 500 repeat units. The degree of polymerization or chain length is then 1000 by the first (IUPAC) definition, but 500 by the second.

Step-growth and chain-growth polymerization[edit]

In step-growth polymerization, in order to achieve a high degree of polymerization (and hence molecular weight), Xn, a high fractional monomer conversion, p, is required, according to Carothers’ equation[6][7] {displaystyle {bar {X}}_{n}={frac {1}{1-p}}} For example, a monomer conversion of p = 99% would be required to achieve Xn = 100.

For chain-growth free radical polymerization, however, Carothers’ equation does not apply. Instead long chains are formed from the beginning of the reaction. Long reaction times increase the polymer yield, but have little effect on the average molecular weight.[8] The degree of polymerization is related to the kinetic chain length, which is the average number of monomer molecules polymerized per chain initiated.[9] However it often differs from the kinetic chain length for several reasons:

  • chain termination may occur wholly or partly by recombination of two chain radicals, which doubles the degree of polymerization[10]
  • chain transfer to monomer starts a new macromolecule for the same kinetic chain (of reaction steps), corresponding to a decrease of the degree of polymerization
  • chain transfer to solvent or to another solute (a modifier or regulator also decreases the degree of polymerization [11][12]

Correlation with physical properties[edit]

Relationship between degree of polymerization and melting temperature for polyethylene. Data from Flory and Vrij (1963).

Polymers with identical composition but different molecular weights may exhibit different physical properties. In general, increasing degree of polymerization correlates with higher melting temperature [13] and higher mechanical strength.

Number-average and weight-average[edit]

Synthetic polymers invariably consist of a mixture of macromolecular species with different degrees of polymerization and therefore of different molecular weights. There are different types of average polymer molecular weight, which can be measured in different experiments. The two most important are the number average (Xn) and the weight average (Xw).[4]

The number-average degree of polymerization is a weighted mean of the degrees of polymerization of polymer species, weighted by the mole fractions (or the number of molecules) of the species. It is typically determined by measurements of the osmotic pressure of the polymer.

The weight-average degree of polymerization is a weighted mean of the degrees of polymerization, weighted by the weight fractions (or the overall weight of the molecules) of the species. It is typically determined by measurements of Rayleigh light scattering by the polymer.

See also[edit]

  • Anhydroglucose unit

References[edit]

  1. ^ IUPAC Definition in Compendium of Chemical Terminology (IUPAC Gold Book)
  2. ^ Cowie J.M.G. Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials (2nd ed. Blackie 1991), p.10 ISBN 0-216-92980-6
  3. ^ Allcock H.R., Lampe F.W. and Mark J.P. Contemporary Polymer Chemistry (3rd ed. Pearson Prentice-Hall 2003), p.316 ISBN 0-13-065056-0
  4. ^ a b Fried J.R. «Polymer Science and Technology» (Pearson Prentice-Hall, 2nd edn 2003), p.27 ISBN 0-13-018168-4
  5. ^ Rudin, Alfred «Elements of Polymer Science and Engineering» (Academic Press 1982), p.7 ISBN 0-12-601680-1
  6. ^ Rudin, p.171
  7. ^ Cowie p.29
  8. ^ Cowie, p.81
  9. ^ Allcock, Lampe and Mark, p.345
  10. ^ Allcock, Lampe and Mark, p.346
  11. ^ Allcock, Lampe and Mark, p.352-7
  12. ^ Cowie p.63-64
  13. ^ Flory, P.J. and Vrij, A. J. Am. Chem. Soc.; 1963; 85(22) pp3548-3553 Melting Points of Linear-Chain Homologs. The Normal Paraffin Hydrocarbons.|doi=10.1021/ja00905a004|url=http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja00905a004
Источник

Полимеры, или высокомолекулярные соединения (ВМС), — это особый класс химических соединений, характеризующихся очень большой молярной массой. 

Природные полимеры (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты) играют важнейшую роль в функционировании живых организмов. Их функции подробно рассматриваются в курсе биологии.

Полимеры, созданные человеком (пластмассы, каучуки, химические волокна), давно вошли в повседневную жизнь и находят широкое применение.

  • Из самого известного полимера полиэтилена делают покрытия для теплиц, упаковочные пакеты, трубы.
  • Тефлон применяется для нанесения антипригарных покрытий на посуду.
  • Поливинилхлорид используется для производства обоев, окон, дверей. 
  • Из каучуков получают резину для автомобильных шин.
  • Лавсан нужен для производства тканей, а капрон — для производства искусственного меха и ковровых покрытий.  

Основные понятия химии ВМС

Полимер — вещество, в молекуле которого много раз повторяется одна и та же группа атомов.  

Макромолекула — молекула полимера.  

Мономер — исходное вещество для получения полимера.

Структурное (мономерное) звено — группа атомов, которая повторяется в молекуле полимера. Если полимер образуется в реакции полимеризации, то структурное звено соответствует одной молекуле мономера. Для полимеров, полученных сополимеризацией, такое звено включает формулы обоих мономеров. Если же полимер получен поликонденсацией, то структурным звеном оказывается остаток молекулы мономера. 

Степень полимеризации — число повторяющихся структурных звеньев в макромолекуле. В формулах полимеров эта величина обозначается буквой (n). Обычно в разных макромолекулах это число различается, поэтому определяют среднюю степень полимеризации.

Для полимеров определяется также средняя молярная масса. Она связана со степенью полимеризации:

M(полимера)=M(мономера)⋅n.

Пример:

уравнение реакции получения полиэтилена:

nCH2=CH2→ (−CH2−CH2−)n.

Полимер (макромолекула):

(−CH2−CH2−)n.

Структурное звено полимера:

−CH2−CH2−.

Степень полимеризации: (n).

Средняя молярная масса:

M[(C2H4)n]=M(C2H4)⋅n.

Пример:

уравнение реакции получения капрона:

nNH2(CH2)5COOH→ (−NH(CH2)5CO−)n+nH2O.

Полимер (макромолекула):

(−NH(CH2)5CO−)n.

Структурное звено полимера:

−NH(CH2)5CO−.

Степень полимеризации: (n).

Средняя молярная масса:

M(C6H11ON)n=M(C6H11ON)⋅n.

Источник

Список тематических статей

Степень полимеризации

Понятие и описание

Степенью полимеризации (англ. degree of polymerization) — называется количество звеньев мономера в полимерной макромолекуле или молекуле олигомера. Эта величина, как и родственная ей молекулярная масса, является одной из основных характеристик каждого полимера.

В случае гомополимера (такого высокомолекулярного соединения, в макромолекуле которого имеется лишь один тип мономерных звеньев) значение степени полимеризации считается как отношение молекулярной массы макромолекулы к такому же параметру, относящемуся к звену мономера. Этим способом рассчитывается так называемая средняя степень полимеризации.

Изображение макромолекулы полистирола

Рис.1. Макромолекула полистирола

Рассматриваемая величина помогает понять массу макромолекулы полимера, однако однозначно зная ее можно определить молекулярную массу только высокомолекулярного соединения с известной формулой и постоянной степенью полимеризации. Обычно же полимерные материалы состоят из смеси макромолекул разной длины, которые соответственно имеют полимеризацию разных степеней. Именно поэтому используются усредненные значения молекулярной массы и полимеров и их степени полимеризации.

Суть и применение

Степень полимеризации важна тем, что от нее зависят многие свойства высокомолекулярных соединений и особенно их физико-механически характеристики. Обычно рост этого показателя, т.е. удлинение полимерной цепи, ведет к увеличению температуры плавления пластиков и повышению их прочностных свойств. Как правило, и эксплуатационные показатели полимеров растут с увеличением степени полимеризации в разумных пределах.

Физические и химические характеристики олигомеров также повышаются при увеличении длины их молекул. Однако, при определенном критической величине этой длины продолжение ее роста начинает влиять на характеристики незначительно. Такая точка условно считается переходным значением от олигомерного материала к полимерному.

С ростом степени полимеризации у высокомолекулярного соединения увеличивается не только физико-механические данные, но и химическая стойкость. Однако, с ростом макромолекул снижается текучесть расплава полимера, которая является важнейшей характеристикой для переработки пластмасс в изделия. Так, для получения волокон или литья под давлением тонкостенных продуктов, нужен очень высокий показатель текучести расплава (ПТР), для экструзии, особенно толстостенных профилей и труб, этот параметр бывает ниже. А, скажем, сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) имеет такой низкий ПТР, что его невозможно применять даже в экструзии. Такие материалы с очень большой молекулярной массой в миллионы единиц перерабатываются методами прессования или спекания.

Возврат к списку

Наши публикации в соцсетях:

Источник

Средняя степень — полимеризация

Cтраница 1

Средняя степень полимеризации, так же как и скорость процесса исчезновения мономера, зависит от температуры, количества и характера инициатора. При этом скорость конверсии увеличивается с повышением температуры и с увеличением количества инициатора, тогда как средняя степень полимеризации при этом уменьшается. В первом приближении можно считать, что факторы, ускоряющие процесс реакции, обусловливают уменьшение средней степени полимеризации, за исключением действия эмульгаторов при эмульсионной полимеризации ( стр.
 [1]

Средняя степень полимеризации прямо пропорциональна корню квадратному из константы равновесия.
 [3]

Средняя степень полимеризации определяется делением средней молекулярной массы полисахарида на молекулярную массу моносахаридного остатка ( или остатков), образующих молекулу.
 [4]

Средняя степень полимеризации, так же как и скорость процесса исчезновения мономера, зависит от температуры, количества и характера инициатора. При этом скорость конверсии увеличивается с повышением температуры и с увеличением количества инициатора, тогда как средняя степень полимеризации при этом уменьшается. В первом приближении можно считать, что факторы, ускоряющие процесс реакции, обусловливают уменьшение средней степени полимеризации, за исключением действия эмульгаторов при эмульсионной полимеризации ( стр.
 [5]

Средняя степень полимеризации прямо пропорциональна скорости роста цепи и обратно пропорциональна скорости ее обрыва. Предполагают, что рост цепи обрывается из-за соединения двух растущих цепей друг с другом и образования в связи с этим одного или двух неактивных полимеров. Некоторые молекулы, например растворителя, особенно эффективно поглощают энергию растущей цепи и тем самым останавливают ее рост. Если одновременно растет много цепей, вероятность их столкновения, сопровождающегося прекращением роста, больше, чем при малом количестве цепей.
 [6]

Средняя степень полимеризации представляет собой частное от деления общего количества заполимеризовавшегося мономера на количество макромолекул в системе.
 [7]

Средняя степень полимеризации п определяется как среднее число молекул мономера, содержащихся в макромолекуле, и зависит от длины кинетической цепи.
 [8]

Средняя степень полимеризации еще не дает представления о структуре разветвленной молекулы амилопектина и количестве ответвлений в его молекуле. Качественно наличие ответвлений в молекуле амилонектшт обнаруживается при его гидролизе под действием [ i-амилазы, которая последовательно расщепляет а-1 4-связи с освобождением одной молекулы мальтозы, начиная с нередуцирующего конца. Таким образом, амилоза полностью расщепляется до мальтозы. У амилопектина гидролиз не идет до конца, так как — амилаза может расщеплять лишь боковые ответвления амилопектина и не может обойти я-1 6-связей, которыми ответвления присоединяются к основной цепочке амилопектина.
 [9]

Средняя степень полимеризации, рассчитанная по характери-ггической вязкости полученных полимеров, находится в обратной зависимости от скорости полимеризации.
 [10]

Средняя степень полимеризации п равна ( в отсутствие реакции передачи цепи) соотношению между скоростью реакции роста и скоростью реакции обрыва, поскольку это соотношение указывает, сколько реакций роста протекают ( в среднем) до момента исчезновения макрорадикала.
 [11]

Средняя степень полимеризации зависит от температуры и имеет максимум около 5 С. Изучены свойства растворов радиационного поливинилхлорида, полученного действием у-изл У — чения на мономер при — 78, 0 и 18 С. Полимер, осаждающийся в виде белого порошка, слегка набухает в реакционной среде.
 [12]

Средняя степень полимеризации п равна ( в отсутствие реакции передачи цепи) соотношению между скоростью реакции роста и скоростью реакции обрыва, поскольку это соотношение указывает, сколько реакций роста протекают ( в среднем) до момента исчезновения макрорадикала.
 [13]

Средняя степень полимеризации выпускаемых на рынок производных целлюлозы редко бывает ниже 100, причем продукты со степенью полимеризации ниже 50 — 100 считаются непригодными для практического использования.
 [14]

Средняя степень полимеризации может быть найдена по молекулярному весу, который определяют с помощью методов, разработанных для высокомолекулярных соединении. Измерения должны проводиться при разных концентрациях, а полученные значения экстраполироваться к нулевой концентрации. Практически во всех случаях полимер не является однородным и содержит цепи разной длины, так что экспериментально получают лишь сроднее значение молекулярного веса. Так как в кинетических исследованиях молекулярный вес почти всегда используется лишь как средство для определения числа образующихся в тех или иных условиях полимерных молекул, то непосредственный интерес представляет лишь та средняя величина, которая является отношением массы полимера к содержащемуся в нем числу молекул и носит поэтому название среднечислоного молекулярного веса.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Источник

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как найти амплитудное значение напряжения по графику
  • 2012 как найти сеть
  • Как найти ватсап группу своего района
  • Как найти sin 105
  • Как найти массу йода в растворе