Vytvrzování nenasycených polyesterových pryskyřic radikálovým iniciátorem s aktivací kovem přechodné valence Název předmětu: Chemie polymerů - laboratorní cvičení Číslo úlohy: 1/2014 jaro Autor Datum RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. 9. března 2014 1. Obsah 1. Obsah.. 2 2. Souhrn.. 2 3. Úvod.. 2 4. Teoretická část 2 5. Experimentální část 2 5.1 Použité materiály. 2 5.2 Zařízení 3 5.3 Vyrobené vzorky. 4 5.3.1 Sledování vlivu koncentrace organické sloučeniny kobaltu v mocenství Co^+2 na rychlost vytvrzování při konstantní koncentraci peroxidického iniciátoru. 4 5.3.2 Výroba polymer betonu. 4 6. Zkratky. 5 7. Přílohy. 5 2. Souhrn Návod obsahuje podklady pro bezpečné provedení úlohy - Vytvrzování nenasycených polyesterových pryskyřic radikálovým iniciátorem s aktivací kovem přechodné valence. Návod a suroviny vycházejí z průmyslové výroby tzv. plastbetonu, někdy nazývaného též polymerbeton. Bezpečnostní a materiálové listy byly studentům vloženy do studijních materiálů v předstihu jako samostatné dokumenty. Specifikem použitého postupu vytvrzování je použití kombinace iniciátoru (zředěný organický peroxid) a tvz. aktivátoru (zředěný roztok organické sloučeniny kobaltu). Protože se oxidační stupeň kobaltu v organické sloučenině kobaltu stále vrací do původního oxidačního stupně, lze ho i nazvat katalyzátorem. Nenasycené polyesterové pryskyřice (ve skutečnosti jejich roztok ve styrénu), zředěný organický peroxid i zředěný roztok organické sloučeniny kobaltu jsou NEBEZPEČNÉ LÁTKY. Laboratorní úlohu je nutno provádět v dobře táhnoucí digestoři, protože styrén z nevytvrzené pryskyřice těká. Je třeba používat ochranné pomůcky, tj. brýle nebo ochranný štít a rukavice. 3. Úvod Pod pojmem Nenasycené polyesterové pryskyřice (UP) rozumíme roztoky lineárních nenasycených polyesterů v polymerace schopných monomerech, např. styrénu. Při vytvrzování dochází ke kopolymeraci nenasyceného polyesteru s nenasyceným polyesterem. Základními surovinami pro přípravu nenasycených polyesterů jsou anhydrid kyseliny maleinové a ethylenglykol. Z důvodů technologie dalšího zpracování jsou však použity pro modifikaci i jiné dioly a jiné dikarboxylové kyseliny. 4. Teoretická část Prvním krokem je adiční reakce maleinanhydridu nebo jiného anhydridu (např. anhydrid kyseliny orthoftalové) s etylenglykolem – otevře se anhydridový kruh a při navázání etylenglykolu shoda neoštěpuje. Další reakce už jsou polykondenzační – reakcí karboxylové skupiny (-COOH) s hydroxylovou skupinou (-OH) se voda odštěpuje. Při reakci maleinanhydridu přesmykuje kyselina maleinová (cis) na kyselinu fumarovou (trans). V obou případech zůstávají reaktivní dvojné vazby zachovány, v malém měřítku ale dochází k vedlejším větvícím reakcím. V tom případě jsou dvojné vazby zreagovány. Vlastní vytvrzování neprobíhá mezi dvojnými vazbami v hlavním řetězci polyesteru, ale vytvářená síť je produktem reakce polymerace schopného monomeru (většinou styrén) s dvojnou vazbou v hlavním řetězci polyesteru a posléze reakcí rostoucího polystyrénového bočního řetězce s dvojnou vazbou jiného polyesterového řetězce dojde k vytvoření polymerní sítě. Iniciátorem reakce dvojné vazby v hlavním řetězci polyesteru a styrénu je sloučenina schopná vytvořit svým rozkladem částici s volným reaktivním elektronem. V případě UP se jedná téměř výhradně (v technické praxi výhradně) o organické peroxidy. Rychlost jejich rozkladu závisí na teplotě. Za vyšší teploty se rozkládají rychleji, často až explozivně. Dále je uveden jako příklad rozklad dibenzoylperoxidu. V úloze bue použit jiný, bezpečnější peroxid – methylethylketonperoxid. V úloze bude použit jiný, bezpečnější peroxid – methylethylketonperoxid (toto je TRIVIÁLNÍ NÁZEV). Chceme-li vytvrzování provést za laboratorní teploty (23 °C), pak je nutno rozklad organického peroxidu urychlit katalyzátorem. Nejčastěji jsou v případě UP používány organické sloučeniny kobaltu v mocenství Co^+2. Nikdy nesmícháváme organický peroxid s organickou sloučeninou Co^+2 jako čisté složky. Nastala by prudká REAKCE, AŽ výbuch. 5. Experimentální část 5.1 Použité materiály POLYLITE 480-M850 Středně reaktivní polyesterová pryskyřice jako roztok ve styrénu. Modifikující dikarboxylovou kyselinou je kyselina orthoftalová (není reaktivní při radikálové reakci). Kapalina se střední viskozitou. PEROXAN ME-50L Roztok methylethylperoxidu v organickém změkčovadle. Kapalina s nízkou viskozitou. Teplota skladování do 30°C. PERGAQUICK C12X Roztok (1 % aktivní složky) v organickém rozpouštědle. Aktivní složkou je oktoát kobaltnatý. Kyselina kaprylová Benzo(a)pyren Obecné Systematický název Oktanová kyselina Triviální název Kyselina kaprylová Anglický název Caprylic acid Německý název Caprylsäure Sumární vzorec C[8]H[16]O[2] Vzhled Olejovitá kapalina Vlastnosti Molární hmotnost 144,211 g/mol Teplota tání 16-17 °C Teplota varu 237 °C Hustota 0,910 g/cm³ Disociační konstanta pK[a] 4,89 NFPA 704 Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Křída Plnivo do pryskyřice Písek, frakce 1 Plnivo do pryskyřice Písek, frakce 2 Plnivo do pryskyřice Práškový PET Plnivo do pryskyřice PET praná drť Plnivo do pryskyřice 5.2 Zařízení Práce budou prováděny v plastových nádobkách dodaných vyučujícím. 1. Teploměr 2. Skleněná tyčinka na míchání 3. Stopky či jiné měřidlo času 4. Laboratorní předvážky 5. Navažovací lodičky na plniva 6. Plastová nádobka 7. ………………………. 5.3 Vyrobené vzorky 5.3.1 Sledování vlivu koncentrace organické sloučeniny kobaltu v mocenství Co^+2 na rychlost vytvrzování při konstantní koncentraci peroxidického iniciátoru Práce bude prováděna ve dvojicích. · Do plastové nádobky navážíme v digestoři 50 g POLYLITE 480-M850 · Přidáme 2 % PEROXAN ME-50L a tyčinkou dobře promícháme. · Dále přidáme PERGAQUICK C12X v koncentraci podle níže uvedených skupin (dvojic): 1. 0,5 % 2. 0,7 % 3. 0,9 % 4. 1,1 % 5. 1,3 % 6. 1,5 % · Tyčinkou dobře promícháme · Vložíme teploměr, předem potřený silikonovým tukem a odečteme teplotu, čas bude 0 minut. · Za míchání tyčinkou (nikoli teploměrem) budeme po minutách měřit teplotu a zapisovat do tabulky. · Až pryskyřice nebude tekutou – zkoušíme naklonění nádobky o 45 ° - přestaneme míchat a odečítáme teplotu ještě 10 minut. · Výsledky si skupiny vzájemně porovnají. Pro názornost obrázek z literatury 1. Dále je uvedena starší verze ČSN. Novější jen zavádí instrumentovanou indikaci, postup je jinak stejný. 5.3.2 Výroba polymer betonu Práce bude prováděna ve dvojicích. · Do plastové nádobky navážíme v digestoři 50 g POLYLITE 480-M850 · Navážíme si plniva (zatím je nebudeme sypat do pryskyřice) v koncentraci a druhu podle níže uvedených skupin (dvojic): 1. Křída 15 g 2. Písek frakce 1 - 15 g 3. Písek frakce 2 - 15 g 4. Práškový PET - 15 g 5. Praná PET drť - 15 g 6. Křída 7,5 g + písek frakce 1 - 7,5 g · Přidáme 2 % PEROXAN ME-50L a tyčinkou dobře promícháme. · Dále přidáme 0,9 % PERGAQUICK C12X · Tyčinkou dobře promícháme · Vsypeme plniva a tyčinkou dobře promícháme · Výsledky si skupiny vzájemně porovnají. · Všimneme si smrštění při vytvrzování. · Bude-li to možné, depolymerujeme v digestoři při 80 °C 6. Literatura 1. J. Mleziva, J. Šňupárek: POLYMERY – výroba, struktura, vlastnosti a použití 2. J. Mleziva: POLYESTERY 7. Zkratky UP – nenasycená polyesterová pryskyřice 8. Přílohy 1. Informační list – POLYMERBETON, ACO Industries Systémy pro odvodnění zpevněných ploch Široký sortiment žlabů z polymerbetonu pokrývá všechny požadavky na odvodnění vnějších zpevněných povrchů, jako např. parkovišť, silnic, vozovek v tunelech, okolí rodinných domů, ale také nekrytých sportovišť (atletických či fotbalových stadionů). ACO žlab ACO RD blok ACO Gala žlab ACO reference dům ACO Instalace do dlažby