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.
ΔVC,13 = 17,2 Å; ΔVC,15 = 9,0 Å; ΔVC,24 = 6,2 Å; ΔVC,106 = 16,0 Å; ΔVC,210 = 6,0 Å; ΔVSi,170 = 20,3 Å; ΔVCl,190=19,5 Å3;ΔVH,124 = 2,0 Å3
Сумма Ван-дер-Ваальсовых объемов:
ΣΔVi = ΔVC,13 +ΔVC,15 + ΔVC,24 + 2 ∙ ΔVC,106 + ΔVC,210 + ΔVSi,170 + ΔVCl,190 + 11 ∙ ΔVH,124
ΣΔVi = 132,2 Å3
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:
Td = 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 Ri 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 δр ≈ 7,86 (кал/см3)1/2:
Циклогексан δр =7,9 (кал/см3)1/2
Изобутилхлорид δр =7,9 (кал/см3)1/2
трет-Бутилхлорид δр =7,9 (кал/см3)1/2
Четыреххлористый углерод δр =7,8 (кал/см3)1/2
Изобутилметакрилат δр =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.