Получение привитых сополимеров на основе крахмала и акриловой кислоты - Функциональные полимеры на основе крахмала и изучение их физико-химических свойств
Как было показано в обзоре литературы, можно выделить три основных направления получения привитых сополимеров крахмала по радикальному механизму:
- 1. Полимеризация при инициировании ионами церия. 2. Полимеризация при инициировании персульфатами и пероксидами. 3. Полимеризация при инициировании облучением.
Общим в этих подходах является то, что на первом этапе процесса активные радикалы образуются на макромолекуле природного полимера (за счет взаимодействия с катализаторами или за счет облучения). Образованные таким образом активные центры инициируют рост цепи виниловых мономеров. При этом в последнее время наибольшее развитие получает подход, связанный с проведением синтеза в присутствии окислительно-восстановительных систем. Поэтому в данной работе для получения привитых сополимеров акриловой кислоты на крахмал нами выбран в качестве инициатора реакции окислительно-восстановительную систему на основе тиомочевины и Mn (VII). При этом образование свободного радикала происходит в присутствии сильных неорганических кислот.
Привитую сополимеризацию акриловой кислоты на крахмал проводили в водных средах. Для этого в стакан с взвешенным количеством крахмала добавляли дистиллированную воду и нагревали до 700С, при котором происходит желатинизация крахмала. После охлаждения раствора до комнатной температуры добавляли акриловую и определенную неорганическую кислоты, далее при сильном перемешивании наливали туда измеренные количества растворов тиосульфата натрия и калия перманганата. После этого реакционную смесь оставляли на 24 часа. Известно, что при получении привитых сополимеров происходит одновременно и другие реакции, например, с привитым сополимером параллельно образуются и гомополимеры добавляемого в реакционную смесь мономера. В данном случае в процессе образования привитого сополимера акриловой кислоты и крахмала должна образовываться гомополимер акриловой кислоты, т. е. полиакриловая кислота. Поэтому после завершения процесса реакционную смесь промывали несколько раз этиловым спиртом (60%), так как гомополимер акриловой кислоты хорошо растворим в данном растворителе. При этом нерастворимые в этиловом спирте привитые сополимеры остаются в виде осадка. Полученные привитые сополимеры сушили в комнатной температуре до постоянной массы. Механизм привитой сополимеризации акриловой кислоты на крахмал в присутствии окислительно-восстановительной системы на основе тиомочевины и Mn (VII) схематически можно представить следующим образом:
Образующиеся привитые сополимеры акриловой кислоты и крахмала имеют матовый цвет, водорастворимость получаемых сополимеров при комнатной температуре зависит от количества привитой в крахмале акриловой кислоты. При степени прививки больше 15% они в отличии от исходного крахмала растворимы при комнатной температуре хорошо растворимы, при меньшей степени прививки акриловой кислоты для растворения полимеров приходится повышать температуру раствора. Количество привитого на крахмале акриловой кислоты определяли методом потенциометрического титрованием раствором 0,1 Н NaOH.
Степень прививки (Р%) акриловой кислоты на крахмал определяли по формуле:
Р (%) = 100 %
Проведенные исследования показали, что тип неорганической кислоты используемой для подкисления реакционной смеси сильно влияет на степень прививки. В таблице 10 приведено влияние типа использованных неорганических кислот для подкисления реакционной смеси на степень прививки акриловой кислоты на крахмал.
Таблица 6
Влияние типа неорганических кислот на привитую сополимеризацию акриловой кислоты на крахмал
Кислоты 0,1 Н |
Крахмал гр |
Вода Мл |
АК Мл |
CH4N2S мл 0,1М |
Кислот кол-ва мл |
KMnO4 мл 0,1М |
Т0С |
Время Мин |
Ст. прививки (Р%) |
HCl |
1 |
10 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
250С |
120 |
16,82 |
HNO3 |
1 |
10 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
19,85 | ||
H2SO4 |
1 |
10 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
24,69 | ||
HClO4 |
1 |
10 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
33,69 |
Как видно из полученных данных эффективность влияние кислот на степень прививки увеличивается в ряду HClO4 > H2SO4 > HNO3> HCl. Как видно, самым эффективным ускорителем привитой сополимеризации в данной системе является HClO4. Поэтому в дальнейшем прививку проводили в присутствии HClO4.
Как известно степень прививки мономеров на полимер сильно зависит от концентрации добавляемого мономера. Поэтому в работе с целью определения влияние акриловой кислоты на степень прививки реакцию проводили при различных концентрациях акриловой кислоты в реакционной смеси. Полученные данные приведены в таблице 11, а графическая зависимость на рис.6.
Таблица 7
Влияние концентрации акриловой кислоты в реакционной смеси на степень прививки
Крахмал гр. |
Вода мл |
АК мл |
CH4N2S 0,1М Мл |
HCIO4 |
KMnO4 0,1М мл |
Тем-ра OC |
Время мин |
Степень прививки (Р%) |
1 |
10 |
0,5 |
1 |
1,5 |
1 |
25 |
120 |
4,52 |
1 |
10 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
13,482 | ||
1 |
10 |
1,5 |
1 |
1,5 |
1 |
25,82 | ||
1 |
10 |
2 |
1 |
1,5 |
1 |
39,87 |
Как видно, из полученных данных с увеличением концентрации акриловой кислоты в реакционной смеси степень прививки акриловой кислоты на крахмале закономерно увеличивается.
Рис.6. Влияние объема акриловой кислоты на степень прививки на крахмал. Масса крахмала 1 г.
Далее в работе с целью определения влияния концентрации инициирующей системы на прививку акриловой кислоты на крахмал сополимеризацию проводили при различных количествах инициатора. Полученные данные приведены на таблице 12.
Таблица 8
Влияние концентрации инициатора на степень прививки акриловой кислоты на крахмал
Крахмал гр |
Вода мл |
АК мл |
CH4N2S 0,1М мл |
HClO4 мл |
КМnO4 0,1М мл |
Тем-ра OC |
Время, мин |
Степень прививки (P %) |
1 |
10 |
1 |
0,5 |
1,5 |
0,5 |
25 |
120 |
- |
1 |
10 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
13,02 | ||
1 |
10 |
1 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
17,81 | ||
1 |
10 |
1 |
2 |
1,5 |
2 |
25,30 |
Как видно из таблицы 11, с увеличением объема инициирующей системы степень прививки акриловой кислоты на крахмал увеличивается, графическая зависимость которого приведена на рис.7.
Рис.7. Влияние объема добавляемого инициатора на степень прививки акриловой кислоты на крахмал
С целью изучения кинетики привитой сополимеризации акриловой кислоты на крахмал реакцию проводили при различных промежутках времени. Полученные данные приведены в таблице 9.
Таблица 9
Влияние времени процесса на степень прививки акриловой кислоты на крахмал
Крахмал гр |
Вода мл |
АК мл |
CH4N2S 0,1М мл |
HCIO4 мл |
КМnO4 0,1М мл |
Тем-ра ОС |
Время мин |
Степень прививки (Р%) |
1 |
10 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
25 |
30 |
4,4 |
1 |
10 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
60 |
6,67 | |
1 |
10 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
90 |
10,13 | |
1 |
10 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
120 |
13,6 |
Из приведенных данных видно, что с увеличением времени реакции сополимеризации степень прививки акриловой кислоты на крахмал постепенно увеличивается. Графическая зависимость влияния времени сополимеризации на степень прививки акриловой кислоты на крахмал приведена на рис.8.
Рис.8. Влияние времени процесса сополимеризации на степень прививки акриловой кислоты на крахмал.
Известно, что все химические процессы, протекающие в растворе сильно зависят от модуля ванны, так как равномерное смешивание реагентов и концентрация смеси реагентов в растворе имеет важное значение при химических реакциях. Поэтому нами изучено влияние модуля ванны на степень прививки акриловой кислоты на крахмал, полученные данные приведены в таблице 10.
Таблица 10
Влияние модуля ванны на степень прививки акриловой кислоты на крахмал
Крахмал гр |
Вода мл |
АК мл |
CH4N2S 0,1М мл |
HCIO4 |
KМnO4 0,1М мл |
Т-ра ОС |
Время мин |
Степень прививки (Р%) |
1 |
10 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
25 |
120 |
27,55 |
1 |
20 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
12,11 | ||
1 |
30 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
6,952 | ||
1 |
40 |
1 |
1 |
1,5 |
1 |
- |
Как видно из таблицы 3, с увеличением объема добавляемой воды наблюдается уменьшение степени прививки акриловой кислоты на крахмал, графическая зависимость которого приведена на рис.9.
Рис.9. Влияние водного модуля на степень прививки акриловой кислоты на крахмал.
Как видно из рис.4, с увеличением водного модуля реакционной смеси степень прививки акриловой кислоты уменьшается, это возможно связано с тем, что с увеличением водного модуля увеличивается выход гомополимера полиакриловой кислоты.
На сегодняшний день известно огромное количество окислительно-восстановительных систем используемых при радикальной полимеризации. Но их эффективность можно определить только экспериментальными методами. Поэтому с целью изучения возможности получения привитых сополимеров акриловой кислоты на крахмале помимо в присутствии тиомочевина-Mn (VII), нами были проведены серия опытов в присутствии другой окислительной - восстановительной системы Na2S2O3- H2O2. Полученные результаты приведены в таблице 11.
Таблица 11
Прививка акриловой кислоты на крахмал в присутствии окислительно-восстановительной системы Na2S2O3- H2O2
Крахмал гр |
Вода мл |
АК мл |
Na2S2O3 0,1M мл |
H2O2 Мл |
Тем-ра ОС |
Время мин |
Степень прививки (Р%) |
1 |
10 |
0,5 |
1 |
1 |
25 |
120 |
2,05 |
1 |
10 |
1 |
1 |
1 |
10,49 | ||
1 |
10 |
1,5 |
1 |
1 |
20,55 | ||
1 |
10 |
2 |
1 |
1 |
30,45 |
Как видно из таблицы, в присутствии окислительно-восстановительной системы Na2S2O3- H2O2 тоже происходит прививка акриловой кислоты на крахмал. Также видно, что с увеличением акриловой кислоты в реакционной смеси степень его прививки на крахмал также увеличивается (рис.10.)
Рис.10. Влияние концентрации акриловой кислоты на степень прививки в присутствии окислительно-восстановительной системы Na2S2O3- H2O2.
Как видно из полученных данных, по эффективности окислительно-восстановительная система Na2S2O3- H2O2 незначительно уступает инициирующей системе тиомочевина - Mn (VII), но данную систему можно с успехом использовать, так как при данной системе не требуется использование неорганических кислот.
Похожие статьи
-
Крахмал сополимер гель акриловый В данном обзоре литературы рассмотрены наиболее значимые работы, выполненные за последние годы, по физической и...
-
Карбоксиметилирование крахмала В работе для получения карбоксиметилкрахмал (КМК) нами было использовано кукурузный крахмал. Реакцию карбоксиметилирования...
-
(Обзор литературы) Карбоксиметилкрахмал: получение и свойства Путем химической модификации крахмала получено большое число простых и сложных эфиров...
-
ВВЕДЕНИЕ - Функциональные полимеры на основе крахмала и изучение их физико-химических свойств
Природный полимер крахмал имеет уникальные свойства, а его производные во многих областях применения могут конкурировать с производными целлюлозы,...
-
Мы обнаружили интересный факт в опытах с соляной кислотой (опыты 6,7, таблица 4). Оказалось, что в солянокислой восстановительной среде йод, выделившийся...
-
Способы получения и химические свойства кислот - Основы химии
Бескислородные кислоты получают: 1. Взаимодействием неметалла с водородом. Например H2 + Cl = 2HCl 2. Действием на соль более сильной или менее летучей...
-
Мы изучали поведение калий йодата в восстановительной среде. При этом выбирались такие вещества, с которыми может произойти контакт йодированной соли в...
-
Получение спиртов - Химические свойства и характеристики спиртов
Некоторые из показанных выше реакций (рис. 6,9,10) обратимы и при изменении условий могут протекать в противоположном направлении, приводя к получению...
-
АБСОРБЦИЯ ТРИОКСИДА СЕРЫ. - Получение серной кислоты
Последней стадией процесса производства серной кислоты контактным способом является абсорбция триоксида серы из газовой смеси и превращение его в серную...
-
Реагирует с неметаллами: 4Al + 3O2 > 2Al2O3 ; 2Al + 3Br2 > 2AlBr3 c оксидами металлов:2Al + Fe2O3 > Al2O3 + 2Fe (алюмотермия)c водой (если...
-
Принципы получения гибридных соединений на основе квантовых точек и органических хромофоров В литературе для получения соединений, обладающих...
-
Неперекристаллизованный препарат, полученный по методике, описанной выше, содержал примесь калий йодида. Это легко обнаруживалось при слабом подкислении...
-
Способы получения и химические свойства солей - Основы химии
1. С использованием металлов Металл+неметалл Mg+Cl2=MgCl2 Металл+кислота Zn+2HCl=ZnCI2+H2 Металл+соль Fe+CuSO4=FeSO4+Cu 2. С использованием оксидов...
-
Органические кислоты в различных условиях могут разлагаться с образованием предельного углеводорода по общей схеме O R-C RH + CO2 Кислота OH Углеводород...
-
Обсуждение результатов - Синтез пара-нитродифенила. Теоретические основы нитрования
Для нитрования дифенила использовалась смесь азотной и уксусной кислот. Так как при нитровании в смеси азотной и серной кислот образуются...
-
Рассмотрим химические свойства тиосульфата натрия. Изучим его окислительно-восстановительные свойства, взаимодействие с кислотами, комплексообразование....
-
Свойства, получение и применение компонентов разделяемой смеси Анизол C7H8O / С6Н5ОСН3 Молекулярная масса: 108.1 Температура кипения: 155°C Температура...
-
Взаимодействие водорода со сложными веществами, Получение водорода - Свойства водорода
Водород проявляет восстановительные свойства и в реакциях со сложными веществами: 1) Восстановление оксидов металлов, стоящих в электрохимическом ряду...
-
Актуальность темы. В современных условиях глобальной конкуренции на все более интегрирующихся мировых рынках, развитие химической промышленности...
-
Технологические свойства метанола Метанол (метиловый спирт) СН3ОН представляет бесцветную легкоподвижную жидкость с температурой кипения 64,65°С,...
-
Практическая часть - Механические свойства полимеров
С помощью вырубного ножа на прессе вырубили образцы из полиэтиленовой пленки, на которой с помощью линейки были нанесены метки, указывающие рабочую длину...
-
Пероксид водорода представляет собой бесцветную вязкую жидкость с плотностью 1,46 г/см3, замерзающую при t = -0.48c и кипящую при t = 152c. В лаборатории...
-
Химические свойства, Список использованной литературы - Получение, строение и свойства полистирола
Химические свойства стирола обусловлены высокой реакционной способностью боковой винильной группы. Фенильное ядро затрагивается в процессе термической...
-
Природа растворов полимеров - Физико-химические свойства растворов полимеров
Размеры макромолекул соизмеримы с размерами коллоидных частиц. Поэтому растворы полимеров обнаруживают ряд свойств, характерных для коллоидных золей...
-
ТЕХНОЛОГИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ., ПРИМЕНЕНИЕ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ. - Получение серной кислоты
Среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Объясняется...
-
ВВЕДЕНИЕ - Получение калий йодата и изучение некоторых его свойств
Наше исследование проводилось В рамках школьного химико-биологического Проекта "Что вы знаете про йод?" . Проект реализуется в течение этого учебного...
-
Положение металлов в ПС. Физические свойства металлов. Методы получения металлов - Основы химии
Металлы располагаются в основном в левой и нижней части ПС К физическим свойствам относятся плотность, плавление (температура плавления),...
-
Ангидритным способом в лабораторных условиях Разложение фосфата серной кислотой проводим согласно уравнению реакции: Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 > 3CaSO4(тв)...
-
Известно, что в аналогичных производствах зарубежных стран низкомолекулярный полиэтилен является одним из видов продукции, выпускаемых предприятием [5]....
-
Полимерами называют вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из одного или большего числа составных звеньев. Молекулярная масса (число атомов)...
-
Способы получения и химические свойства оксидов - Основы химии
Оксиды - это сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород, со степенью окисления -2. Окисление кислородом простых...
-
Особые механические свойства эластичность - способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки); малая хрупкость...
-
Свойства низкомолекулярного полиэтилена, смеси углеводородов и кубового остатка приведены в таблицах 3-5. Таблица 3 Свойства низкомолекулярного...
-
ПОЛУЧЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ - Химические свойства нуклеиновых кислот
В клетках нуклеиновые кислоты связаны с белками, образуя нуклеопротеиды. Выделение нуклеиновых кислот сводится к очистке их от белков. Для этого...
-
Выбор метода производства (или выделение) готового продукта Современные методы производства азотной кислоты основаны на применении синтетического аммиака...
-
В промышленности синтез глиоксаля окислением этиленгликоля протекает в адиабатических условиях, оптимальный температурный режим процесса зависит от...
-
Еще в начале 20 века было установлено, что при взаимодействии СО и Н2 в присутствии соответствующих катализаторов можно получить углеводороды. Так, в...
-
Для получения модифицированной квантовой точки (гибридного соединения) были использованы квантовые точки CdS (КТ, QD) с диаметром 2,5 нм и...
-
На графиках 15-20 приведены построенные на основе экспериментальных данных зависимости концентрации АА и ПВ от поглощенной дозы для чистого этанола и в...
-
В России процесс окисления этиленгликоля с получением глиоксаля в промышленных масштабах не реализован, что обусловлено отсутствием соответствующих...
Получение привитых сополимеров на основе крахмала и акриловой кислоты - Функциональные полимеры на основе крахмала и изучение их физико-химических свойств