Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Chemical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

קינטיקה של תוספת פילמור לפולידימתילסילוקסן
 
Click here for the English version

קינטיקה של תוספת פילמור לפולידימתילסילוקסן

Overview

מקור: קרי מ. דולי ומייקל בנטון, המחלקה להנדסה כימית, אוניברסיטת לואיזיאנה סטייט, באטון רוז', לוס אנג'לס

פולימרים הם מולקולות המורכבות מיחידות מונומר חוזרות רבות המלוכדות כימית לשרשראות ארוכות. הם מציגים מגוון רחב של תכונות פיזיות, המושפעות מהמבנה הכימי שלהם, המשקל המולקולרי ומידת הפולימר. תעשיית הפולימרים מייצרת אלפי חומרי גלם המשמשים במגוון רחב של מוצרים מסחריים. 1,2

המטרה של וידאו זה היא לבצע תגובת פילמור נוסף ולאחר מכן להעריך את המוצר המתקבל כדי להבין כיצד צמיגות יכולה לשמש כדי לקבוע משקל מולקולרי פולימר. בנוסף, ניסוי זה יחקור כיצד משקל מולקולרי יכול להיות קשור להמרת מונומר.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

פולימרים רבים מיוצרים בכורי טנקים מעורבבים, אצווה או רציף. לדוגמה, פילמור של פולי (דימתילסילוקסן) (PDMS) מוצג באיור 1. בתגובה זו, "אני" מייצג קבוצות מתיל ואשלגן הידרוקסיד הוא הזרז. [Me2SiO]5 היא טבעת בת 5 חברים שנפתחת כדי ליצור את אבן הבניין הבסיסית ("הקישור") של הפולימר. המוצר השני מייצג פולימר מוגמר (הוא מגיב עם משהו שנקרא "endblocker" כדי לעצור את הצמיחה), הראשון הוא עדיין גדל ("חי") פולימר. כל הצמיחה מתרחשת בזמן שהשרשרת מחוברת לזרז.

Figure 1
איור 1: פילמור פתיחת טבעת של PDMS.

זהו סוג של פילמור נוסף, אשר נדון בקינטיקה3 רבים וכל ספרי הלימוד הבסיסיים של מדע הפולימר. 4 התגובה היא בעיקר תרמונוטרלית והיא בדרך כלל לרוץ בין 110 - 140 °C (50 °F) ולחץ אטמוספרי. כמות קטנה של משנה משקל מולקולרי ("endblocker") משמשת לעצירת צמיחת השרשרת, אך הזרז מתחיל שרשרת חדשה. מחסומי קצה נפוצים הם דימתילסילוקסנים עם קבוצות קצה טרימתילסילוקסי. שרשרת "חיה" מגיבה עם מחסום הקצה, ויוצרת מוצר פוליסילוקסן "מת" עם קבוצת קצה טרימתיל.

Equation 1

Me3SiOK מגיב עם פוליסילוקסן אחר כדי ליצור עוד קבוצת קצה טרימתילסילוקסי. ההשפעה הכוללת היא לא רק הקצה של הפולימר, אלא גם שליטה על אורך השרשרת. אורכי שרשרת ממוצעים (m+n) בין 43 - 205 אופייניים ל- PDMS תעשייתי שבו מספר דרגות שונות של מוצר מסונתזות. מכיוון שקצב התוספת המונומר >> קצב התגובה עם מחסום קצה (אחרת לעולם לא תגיעו למשקל מולקולרי גבוה), מחסום הקצה אינו משפיע על קינטיקה התגובה, אלא רק על התפלגות המשקל המולקולרי.

בניתוח קינטיקה פילמורית, הצעד הקשה ביותר הוא קביעת המשקל המולקולרי מרכוש פיזי, כגון צמיגות קינית, וחישוב המרת השבר. המשקל המולקולרי הממוצע של הצמיגות, הנמדד בהדגמה זו, הוא מדידת ביניים עם ערך בין המשקל המולקולרי הממוצע למשקל הממוצע של הפולימר. המשקל המולקולרי הממוצע הוא המשקל המולקולרי הממוצע הסטטיסטי ומצביע על כך ש-50% משרשראות הפולימר נמצאות מתחת למשקל המולקולרי הממוצע, ו-50% נמצאות מעל. המשקל המולקולרי הממוצע של המשקל מחושב מתוך שברי המשקל שבהם 50% ממשקל המדגם מורכב משרשראות בעלות משקל מולקולרי נמוך יותר ו -50 % מורכב משרשראות בעלות משקל מולקולרי גבוה יותר.

חלוקת מספר ממוצע MW לפי משקל מונומר מעניקה את מידת הפולימר הממוצעת של המספר, הקשורה להמרת שברים. המרות השבר לעומת הזמן משמשות לקביעת סדר התגובה כפי שנלמד בשיעורי כימיה פיזיקלית ועיצוב כור.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

המערכת נשלטת על ידי רצפי בקרה פועלים PS1-PS5 במערכת בקרה מבוזרת תעשייתית סטנדרטית המופעלת ממחשב. הרצפים פותחים/סוגרים/מכוונים שסתומים ברצף הנכון ומודיעים מתי וכיצד להוסיף רכיבים לכור.

1. הגדרת הכור

  1. פתח את גליל N2 המחובר לספינת התגובה.
  2. הפעל את רצף הבקרה PS1 כדי לבדוק את הציוד.
  3. לאחר מכן, סגור את השסתום הידני למשאבת הוואקום כדי לבדוק שהמערכת נקייה מדליפות.
  4. המתן 5 דקות וודא שהלחץ אינו עולה על 600 מ"מ.
  5. מלא את המערכת עם N2. חנקן נדרש הן מסיבות בטיחותיות והן מסיבות קינטיות. O2 מעכב פילמורים רבים, ויכול להוביל לפיצוצים.
  6. הפעל את רצף הבקרה PS3 כדי להוסיף מונומר לכור.
  7. כאשר תתבקש על-ידי הרצף, הוסף את פתרון הזרז ואת מחסום הקצה. דרך משפך קטן שנקרא "מיכל האדר".

2. ייצור פולימר

  1. התחל את רצף PS4 ונטר את טמפרטורת התגובה.
  2. ברגע שהטמפרטורה מגיעה >105 מעלות צלזיוס, לעתים קרובות לאסוף דגימות נוזלים (לפחות כל 8 דקות) מנקודת המשיכה מדגם (זהירות: חם, ללבוש כפפות תרמיות).
  3. אפשר לתגובת פילמור לרוץ עד קרוב לשיווי משקל. לפקח על צריכת החשמל של המסית כדי לאשר את התגובה הגיעה שיווי משקל. ברגע שהכוח הפסיק לעלות, התגובה קרובה לשיווי משקל.
  4. הקפד לאסוף לפחות 7 דגימות.
  5. בסיום, פתח את שסתום טנק CO2 ולחץ על "RXN COMPLETE" כדי לנטרל את הזרז עם CO2. מצב זה יתרחש כחלק מרצף PS4.
  6. התחל את רצף ההפשטה PS5.
    1. פתח את השסתום הידני למשאבת הוואקום ואפשר להפשטה לפעול במשך 15 דקות.
    2. בחר "הפשטה הושלמה".
  7. אוספים את הדודים הנמוכים מהתגובה לבקבוקון.
  8. קרר את הכור באמצעות תהליך הקירור האוטומטי. השאיבה תבוצע הרבה יותר מאוחר.
  9. Follwong הוראות היצרן, למדוד את הדגימות שנאספו עם viscometer סיבוב (כוס ובוב).
    1. אם מהירות הסיבוב מוגדרת גבוהה מדי, לא תתקבל קריאת צמיגות ונבחרת מהירות נמוכה יותר. ערכי צמיגות אלה ישמשו כדי לקבוע את התפלגות המשקל המולקולרי של הפולימר.

פולימרים הם סוג של תרכובות הנמצאות בכל היבטי התעשייה והייצור. שניים מהמאפיינים החשובים ביותר שלהם, משקל מולקולרי ומידת פילמור, חייבים להיגזר תכונות בתפזורת אחרות. שלא כמו חומרים אחרים, שמאפייניהם הפיזיים מוגדרים אך ורק על ידי המבנים הכימיים שלהם, פולימרים מושפעים גם מידת פילמור ומשקלם המולקולרי. פולימרים זהים מבחינה כימית יכולים להשתנות מנוזלים לגומי למוצקים קשים, שבירים, הכל מבוסס על תכונות פיזיות אלה. מאז תכונות מיקרוסקופיות, כגון משקל מולקולרי, קשה למדוד ישירות, תכונות בתפזורת, כגון צמיגות, צפיפות, פיזור אור, ניתן להשתמש כדי להסיק מאפיינים חשובים אלה. וידאו זה ימחיש פילמור אצווה של polydimethylsiloxane, או PDMS, ולקבוע את המשקל המולקולרי שלה ואת מידת הפילמור מן הצמיגות שלה.

בתור התחלה, בואו נתמקד בייצור בתפזורת של פולידימתילסילוקסן, או PDMS. תגובות פילמור מסווגות לפי המנגנונים שלהן, סוגי הכורים, מאפייני המוצר ועוד. במקרה של PDMS, יוזם מגיב עם המונומר כדי לייצר את שרשרת הפולימר, אשר בתורו ניתן להרחיב באמצעות תגובות נוספות עם מונומר. מנגנון תגובה זה ידוע בשם פילמור נוסף, ומאופיין בהיעדר תוצרי לוואי. הבחירה של הכור תלויה בתכונות המגיב ומשפיעה על מאפייני המוצר. כורי אצווה, המורכבים בדרך כלל ממיכל, מסית ומערכת חימום או קירור, פועלים כמערכות סגורות שבהן המגיבים מתווספים בצעד דיסקרטי ולאחר מכן מורשים להגיב לאורך זמן. כורי אצווה מועדפים לתגובות בקנה מידה קטן כאשר נעשה שימוש בכמויות נמוכות של מגיבים או מתפתח תהליך חדש, או לסנתז מספר דרגות של מוצר. הם משמשים לעתים קרובות פילמורים. PDMS מסונתז ממונומר, יוזם וחוסם קצה ללא כל ממס, מצב המכונה פילמור בתפזורת. היעדר ממיסים מפשט את עיבוד הפולימר, שכן תוצרי המשנה והזרז מופרדים בקלות מהפולימר. עם זאת, הטמפרטורה חייבת להיות מבוקרת בקפידה, כמו עם ז'קט קירור מים, כדי למנוע בורח אקסותרמי שעלול לגרום לפיצוץ. ללא קשר לתנאי התגובה, המאפיינים הפיזיים הנמדדים של המוצר, כגון הצמיגות, משמשים להערכת המשקל המולקולרי הממוצע והמשקל המולקולרי הממוצע במשקל. חלוקת המשקל המולקולרי הממוצע של המספר לפי המסה המולקולרית של המונומר מניבה את אורך השרשרת הממוצע או את מידת הפולימר, הקשורה להמרה ולסדר תגובה. עכשיו שאתם יודעים את היסודות של פילמור, בואו נראה איך להפעיל תגובת אצווה בקנה מידה קטן של PDMS ולקבוע את קינטיקה התגובה.

כדי להתחיל את ההליך, פתח את גליל החנקן המחובר לספינת התגובה. הפעל את הרצף הראשון, אשר מוודא כי הציוד הוא מבצעי ובסדר עבודה טוב. לאחר מכן, לבדוק את המערכת עבור דליפות על ידי סגירת השסתום הידני למשאבת ואקום. המתן חמש דקות וודא שעליית הלחץ אינה עולה על 600 מילימטרים של כספית. פתח מחדש את השסתום כדי להסיר כל אטמוספרה שנותרה. לבסוף, לסגור את השסתום הידני ולמלא את המערכת עם חנקן. המודול השלישי של התוכנית מוסיף את המונומר המחזורי לכור. המרכיבים בכמות נמוכה יותר, הזרז וחוסם הקצה, מתווספים באמצעות משפך קטן הנקרא מיכל האדר. הכור עכשיו מלא ומוכן פילמור. התחל את התהליך הרביעי ופקח על הטמפרטורה. ברגע שהוא עולה מעל 105 מעלות, להתחיל לאסוף דגימות נוזל מנקודת הציור מדגם. לאסוף aliquots במרווחים של לפחות כל שמונה דקות. כדי לדעת מתי פילמור מגיע שיווי משקל, לפקח על צריכת החשמל של המסית. ברגע שהחשמל הפסיק לעלות, התגובה הושלמה. בשלב זה, פתח את מיכל הפחמן הדו חמצני ואת שסתום ולחץ על כפתור הדחיפה המלא של התגובה כדי לנטרל את הזרז. כדי להתחיל את רצף ההפשטה, פתח את השסתום הידני למשאבת הוואקום ואפשר לו לרוץ במשך 15 דקות בטמפרטורה גבוהה יותר. בשלב זה, בחר הפשטה להשלים ולאסוף את הדודים הנמוכים מן התגובה לתוך בקבוקון. אפשר לתהליך הקירור האוטומטי לפעול. באמצעות הוראות היצרן, למדוד את הדגימות שנאספו עם ויסקומטר סיבוב. אם המהירות מוגדרת גבוהה מדי, לא תתקבל קריאה ותיבחר מהירות נמוכה יותר. ערכים אלה ישמשו לקביעת התפלגות המשקל המולקולרי של הפולימר.

הרבה מידע ניתן להשיג ממדידת צמיגות פשוטה יחסית. חלוקת הצמיגות של מדגם PDMS לפי צפיפותה מניבה את הצמיגות הקינטמטית שלה. משוואות אמפיריות, כגון מערכת היחסים של בארי, מתייחסות לצמיגות קינית למשקל המולקולרי הממוצע של הצמיגות. חלוקת המשקל המולקולרי הממוצע של הצמיגות ב-1.6, גורם אמפירי נוסף עבור PDMS, מניבה את המשקל המולקולרי הממוצע, המשקל הממוצע לשרשרת פולימרים. חלוקת זה לפי משקל המונומר מניבה את אורך השרשרת הממוצע או את מידת הפולימר, מספר יחידות המונומר בפולימר. עם זאת, מכיוון שאורך השרשרת המחושב כולל את המונומר שלא הגיב, הוא יהיה נמוך באופן מלאכותי. יש להחיל תיקון המסביר את המרת השבר. להלן תוצאות אופייניות למשקל המולקולרי הממוצע של הצמיגות ומידת פילמור PDMS עם זמן תגובה. בתגובה זו, כמות גדולה של חוסם קצה, אשר עוצר צמיחת שרשרת ויוצר קבוצת קצה טרימתיל, נעשה שימוש, וכתוצאה מכך דרגה סופית נמוכה של פילמור. ניתן גם לקבוע את המרת השבר כפונקציה של זמן. על ידי הנחה קינטיקה בלתי הפיכה וכי הפולימר יוצר באורך שרשרת קבוע, סדר התגובה ביחס מונומר נקבע להיות סדר ראשון, כפי שאושר על ידי התאמה סבירה. מחושב קבוע קצב של 0.054 דקות הפוכות, אשר מסכים עם מחקרים אחרים המדווחים על קבוע שיעור הזמנה ראשונה של 0.06 דקות הפוכות עבור מונומר זה בתנאים דומים.

פולימרים סינתטיים נמצאים במגוון רחב של מוצרים, הן בקנה מידה תעשייתי והן בקנה מידה מסחרי. בואו נסתכל על כמה דוגמאות נפוצות. פולימרים Siloxane, כגון PDMS, ניתן ליצור תעשייתית באמצעות מספר טכניקות, כגון הזרקת דפוס. הם מתאימים ליישומים מגוונים, כולל חומרי סיכה, חומרי איטום, חומרי ניקוי, בידוד חשמלי, צבעים ומכשירים רפואיים. שתלים רפואיים ובדיקות, כגון אב טיפוס זה, הם ראויים לציון מיוחד, שכן PDMS אינו מסוכן, יש השפעות טוקסיקולוגיות מינימליות, ומתנגד חומצות ובסיסים מרוכזים בינוניים. מסיבות אלה, ה-FDA אישר את השימוש PDMS בתחום הרפואי. סינתזת PDMS היא דוגמה של פילמור פתיחת טבעת, צורה נפוצה של פילמור צמיחת שרשרת. בפיפולימרים פותחי טבעת, השרשרת פותחת באופן איטרטיבי מונומרים מחזוריים ליצירת מרכזי תגובתי רצופים על הפולימר. בהתאם למערכת, המרכז תגובתי יכול להיות רדיקלי, אניון או קטיקטי. תהליך זה מאפשר שליטה קפדנית של התפלגות משקל מולקולרי, אם כי זה יכול, בתורו, לגרום לבעיות עם שחול. הוכח כי יש כמה פולימר משקל מולקולרי גבוה יותר בתערובת מספק שחול אחיד יותר.

הרגע צפית בהקדמה של יובה לתוספת פילמור. עכשיו אתה צריך להבין את המושגים של פילמור וכיצד צמיגות יכולה לקבוע המרת מונומר וקינטיקה. תודה שצפיתם.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

המשקל המולקולרי יכול להיקבע על ידי מערכות יחסים אמפיריות, כגון מערכת היחסים של בארי עבור polydimethylsiloxanes עם משקולות מולקולריות מעל ~ 2,500. 5

Equation 2

זה נותן את המשקל המולקולרי הממוצע של הצמיגות. לחיזוי משקל מולקולרי < 2,500, יש לאינטרפולציה את הנתונים הניסיוניים שנמצאו בקואו,6 באמצעות הצמיגות הקינטמטית של המונומר DC-245 לאורך שרשרת 1. חלק את הצמיגות (cP) על ידי צפיפות הפולימר (g / cm3) כדי להשיג את הצמיגות הקינטמטית ב- cSt. חלק את MWs ממוצע הצמיגות על ידי 1.6 (גורם אמפירי עבור PDMS) כדי לקבל את המשקל המולקולרי הממוצע מספר, ולחלק ערך זה על ידי המשקל המולקולרי מונומר כדי לקבל את אורך השרשרת הממוצע, (PN)ממוצע, הכולל את המונומר שלא נטען.

כדי לקבל את המרת השבר (fm), להתחיל עם מאזן המסה עבור הממוצע של PN (פולימר בלבד):

Equation 3(1)

הצד השמאלי הוא הממוצע של PN (פולימר בלבד) עד זמן t, שבו f = fm. אבל PN הממוצע שאתה מודד כולל את המונומר. כדי להסביר מונומר ב (PN)ממוצע, זוכר כי בהגדרה:3-4

Equation 4

ולכן:

Equation 5 (2)

הפולימר הממוצע Equation 6 (PN)ממוצע עבור האצווה כולה הם כמעט שווים באצווה האחרונה, שם fm מתקרב 1. חשב fm עבור הנקודה האחרונה באמצעות איזון מסה ואת כמות הדודים הנמוכים שנאספו. לפתור עבור Equation 6 . עבור פילמורים נוספים רבים, Equation 6 הוא קבוע עבור האצווה כולה, המאפשר fm להיות מחושב בכל הזמנים האחרים ממשוואה 2. כמו כן, לחשב את שיווי המשקל קבוע K (מודל קינטיקה הפיך מסדר ראשון) עבור התגובה על ידי איזון המוני.

לאחר fm נקבע כפונקציה של זמן, להניח קינטיקה בלתי הפיכה ולקבוע את סדר התגובה ביחס מונומר. השתמש בניתוח סטטיסטי כדי לקבוע את איכות ההתקפים ואת מגבלת הביטחון על הקצב קבוע kp. קבעו את ההתאמה לקינטיקה ממסדר ראשון (צפויה מהתיאוריה),3-4 ובחנו אם השניים אכן שונים.

בתנאים דומים, אחרים דיווחו על קבוע מדרגה ראשונה של10-3 s-1 למונומר DC-245, ו- K > 60.

Figure 2
איור 2. תוצאות פילמור טיפוסיות." DOP" = מידת פילמור. ה-MW's חושבו מנתונים זמינים (ראו ref. 6) או מהמשוואה של בארי (>2500). 5

העבודה של הנתונים הגולמיים הייצוגית מוצגת באיור 2. נתונים אלה מיועדים פילמור של דאו קורנינג DC-245 מונומר. תנאי התגובה היו: 0.04 wt% פתרון זרז, 12 wt% endblocker (מחליף), 130 °C (50 °F) ולחץ 1 atm. עם כמות גדולה יחסית של מחסום קצה בשימוש, המידה הסופית של פילמור (DOP) היה נמוך למדי.

בניסוי זה, 11.36 L של מונומר הגיבו, ורק 15 מ"ל דוודים נמוכים נמצאו, מה שמצביע על כך שהנתונים צריכים לעקוב אחר קינטיקה בלתי הפיכה. ההתאמה לקינטיקה מסדר ראשון (במונומר) מוצגת באיור 3 להלן. המרות השבר (ו) נקבעו באמצעות משוואות 1 ו-2 בהנחה שהפולימר המיוצר נמצא באורך שרשרת קבוע (PN). ההתאמה המתקבלת סבירה, אך לא מושלמת. סטיות קלות מן הקינטיקה מסדר ראשון הצפוי תיאורטית יכול להתעורר מכמה סיבות כגון השפעות דיפוזיה, וזה כאשר הצמיגות עולה ואת הדיפוזיות להקטין באופן משמעותי. שתי סיבות נוספות לחריגות מוצעות על ידי נתוני טמפרטורת התגובה הגולמית (תנודות טמפרטורה משפיעות על קבוע הקצב) ועל ידי דליפות קטנות שעשויות להיות קיימות במשאבות, כור ומחליפים חום. אם יש דליפות, כמה O2 יכול להיכנס למערכת בהדרגה לעכב את התגובה.

Figure 3
איור 3. ניתוח קינטיקה. "F" היא פונקציית ההזמנה1 st, הפתרון של איזון מסת כור אצווה עבור תגובה בלתי הפיכהמסדר 1.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

מדע הפולימרים מספק דוגמאות רבות לעקרונות הבסיסיים של קינטיקה כימית ועיצוב כור. ביטויי קצב פשוטים יכולים לתאר תהליכים כימיים מורכבים למדי, כמו בניסוי זה. תכנון מערכת הכור חייב למצוא את סוג הכור האופטימלי (אצווה, מיכל מעורבב, זרימת תקע או היברידית) בהתחשב בקינטיקה, עלויות ההון וחלוקת המשקל המולקולרי. בפרט, הגורם האחרון הוא בדרך כלל החשוב ביותר, כי זה מגדיר במידה רבה את המוצר. בהתאם לגורם זה בלבד המוצר יכול לעתים קרובות לנוע בין מוצק שביר קשה גומי לנוזל. פילמור בתפזורת (ללא ממס), כמו זה המבוצע בניסוי זה, יש את היתרון כי עיבוד לאחר מכן כדי להשיג פולימר טהור הוא פשוט - פשוט להפשיט את הדודים הנמוכים ולסנן את הזרז המנוטרל. עם זאת, החיסרון של פילמור בתפזורת הוא שאם מאבדים שליטה על הטמפרטורה (גבוהה מדי), אפילו בפילינג תרמונוטרלי, תגובות אחרות ישלטו ויובילו ל"בורחים ", שהיא תגובה אקסותרמית בלתי מבוקרת שעלולה לגרום לפיצוץ. פילמורים עם חום גבוה יותר של תגובה מגיבים או בתמיסה, השעיה (שלב מים רציף קיים, ואת monomer הוא בצורת טיפה), או בשלב הגז.

הלקחים העיקריים מהניסוי הם האופן שבו ניתן לעבד נתונים גולמיים של מאפיין פיזי ניתן למדידה בקלות (צמיגות) כדי לקבוע בסופו של דבר את המרות שבר המונומר ואת הקינטיקה של התגובה. תכונות פיזיות רבות אחרות, למשל,צפיפות ופיזור אור חלקיקים, משמשים למטרה זו פילמורים אחרים.

פולימרים המיוצרים על ידי פילמורים פותחי טבעת כוללים ניילון-6 מ caprolactam, קופולימרים אצטל עם תחמוצת אתילן ו dioxolane, אשר משמשים בכל דבר, מכלי דלק ממטרות, פולי (אתילנימינים), אשר משמשים דטרגנטים וקוסמטיקה, ופולימרים רבים אחרים סיליקון עמוד השדרה. למעט ניילון-6, רוב הפולימרים האלה מיוצרים מסחרית על ידי פילמורים אניוניים או קטיקטיים. פולימרים אחרים המיוצרים באופן דומה כוללים קופולימרים של סטירן (במיוחד עם איזופרן), גומי איזובוטן איזופרן (בוטיל) ווריאנטים הלוגן שלה, ו poly (אתרי ויניל אלקיל), אשר משמשים בדרך כלל צבעים ודבקים. עבור כמה פילמורים כאלה, סיום השרשרת נשלטים כל כך עד כי התפלגות כמעט הומוגנית משקל מולקולרי אפשרית. למעט ציונים מיוחדים מסוימים, נמצא כי התפלגות צרה כזו מציגה בעיות אחרות, כגון קשיי שחול.

פולימרים רבים הם ואקום הופשטו כחלק הראשון של הטיהור שלהם למוצר מסחרי. ביניהם הקופולימרים פולי (וינילידן כלוריד), פולי (כלורופרן) וציונים רבים של פולי (סטירן) וקופולימרים שלה כגון SAN (סטירן-אקרילוניטריל).

פולימרים מסיליקון משמשים במוצרים רבים, כולל חומרי סיכה, מוצרי טיפוח אישי, מכשור רפואי, אנטיפומים, חומרי איטום, ציפויים עמידים למים, וכרכיבים של חומרי ניקוי, בידוד חשמלי וצבעים. 8 מכשירים רפואיים המורכבים מסיליקון מוצלב במשקל מולקולרי גבוה מאוד עשויים להיות מאושרים על ידי ה-FDA להשתלה. שימושים רפואיים נפוצים יותר הם חומרים מתכלים כגון קטטרים, צינורות, שקיות קיבה, וניקוז חתך כירורגי. PDMS מסחרי אינו מסוכן עם נקודת הבזק גבוהה מ 300 °C (50 °F), השפעות טוקסיקולוגיות מינימליות, ועמידות טובה אלקלי מימי מרוכז בינוני וחומצות. 8,9 זה לא מאכל את החומרים הנפוצים ביותר. אבל כמו פולימרים רבים זה יכול להתפרק בחמצן, במקרה זה מעל ~ 150 °C (50 °F).

רשימת חומרים

שם חברה מספר קטלוג הערות
ציוד
ויסקומטר סיבובי (כוס ובוב) ברוקפילד השתמש כדי למדוד את הצמיגות של דגימות פולימר
כור טנקים מעורבבים מנהג 20 ליטר
מסית כור

מקמסטר-קאר 46-460 סל"ד; סוג טורבינה שטוחה (ראשטון) בעל 6 להבים, קוטר כ-4אינץ'.
ריאגנטים
דימתליסילוקסן מונומר דאו קורנינג DC-245 כוח משיכה ספציפי = 0.956 ב 25 °C; צמיגות = 4.2 cSt; m = מספר ממוצע של דימתילסילוקסנים = 5
קצה בלוק A דאו קורנינג 10082-147 כבידה ספציפית = 0.88 ב 25°C; m = 4.5 (לא כולל שתי קבוצות הקצה)
זרז KOH פולקסווגן 470302-140 45 wt% פתרון במים
חנקן איירגז ציון UHP משמש כדי לכסות את המערכת
דו תחמוצת הפחמן איירגז כיתה טכנית. משמש לנטרול הזרז

נתוני צמיגות וצפיפות במשקל מולקולרי נמוך

נתונים במקור מ: דאו קורנינג. 10

MW, g/מול 162 410 1250 28000
צמיגות, cs, 25 °C 0.65 2.0 10 1000
כבידה ספציפית, 25 °C 0.760 0.872 0.935 0.970

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

References

  1. http://www.essentialchemicalindustry.org/polymers/polymers-an-overview.html and http://www.pslc.ws/mactest/maindir.htm (both accessed 8/22/16).
  2. MatWeb, Material Property Data, http://www.matweb.com/ and Plastics General Polymers Brand Name Listing, http://www.plasticsgeneral.com/BRAND-NAMES-LIST1.htm (both accessed 8/25/16).
  3. Fogler, F.S., Elements of Chemical Reaction Engineering, 3rd Ed., Prentice-Hall, 2001, pp. 354-382 (sections 7.1.2-7.1.5).
  4. Odian, G., Principles of Polymerization, 4th Ed., Wiley-VCH, 2004 (ch. 3), or Rodriguez, F., Principles of Polymers Systems, 2nd Ed., McGraw-Hill, 1982 (ch. 4); Fried, J.R., Polymer Science and Technology, Prentice-Hall, 1995 (ch. 2).
  5. Barry, A.J., Viscometric Investigation of Dimethylsiloxane Polymers, J. Appl. Phys., 1946, 17, 1020-1024.
  6. Kuo, A.C.M. Poly(dimethylsiloxane), in Polymer Data Handbook, Oxford University Press, 1999, 411.
  7. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2012 or the Encyclopedia of Polymer Science and Technology, 3rd Ed., Wiley-Interscience, Hoboken, 2003-04.
  8. http://www.dowcorning.com/content/discover/discoverchem/properties.aspx (accessed 8/25/16)
  9. Shin-Etsu Silicone Fluid Technical Data, Shin-Etsu Silicones of America, Akron, 2005.
  10. Dow Corning, Product Information, Silicon Fluids, http://www.dowcorning.com/applications/Product_Finder/Products.aspx  (accessed 9/23/16).

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter