3. 2. Johda . f 1|f

1|f Aalto-yliopisto

. f Teknillinen korkeakoulu TENTTT

¹

(3)

ⁱ

KE-100.3200

Polymeerien valmistus (5 op) Tentin pvm: 29.10.2010

I

KE.1OO.32OO POLYMEERIEN VALMISTUS

1. Moolimassan säätö askelpolymeroinnissa.

2. Johda a) Radikaalipolymeroinnin reaktionopeusyhtälö.

b) Kopolymerointiyhtälö kahden monomeerin tapauksessa.

3. a) Koordinaatiokatalyysin

^päätyypit

ja erityspiirteet.

b) Modernin Ziegler-Natta -katalyytin tärkeimmät komponentit ja _rakenne.

Aalto-yliopisto Postiosoite Käyntiosoite Teknillinen korkeakoulu ^PL 16100 Kemistintie ¹ Biotekniikan ja kemian ⁰⁰⁰⁷⁶ AALTO ^Espoo

tekniikan laitos

tf Aalto-yliopisto

. f Teknillinen korkeakoulu TENTTT

^{2 (3)}

KE-100.3200

Polymeerien valmistus (5 op) Tentin pvm: 29.10.2010

I

Lasku

¹

Polystyreeniä halutaan valmistaa liuospolymerointina käyttäen väliaineena etyylibentseeniä.

Tavoitteena on saada aikaan polymeeriä,

jonka M" ₌

100 OO0 g/mol.

Polymerointiolosuhteet

ja

parametrit:

i)

Initiaattorinaditert-butyyliperoksidi, pitoisuus0,01 mol/dm3

ii)

Styreenipitoisuus polymeroinnin alussa 2,2 mol/dm3

iii)

^{Lämpötila 60oC}

iv)

Polymeroitumisnopeus 1,5x10-7mol/(dm3xs)

v)

Initiointinopeus4,0xl0-11 mol/(dm3xs).

vi)

Ketjunvaihtovakiot: Crrz=8,Ox10'5i CF3,2x1Oa;

C*1,9x10-a;

Cs=21.

Kysymykset:

a)

Mikå on tarvittava ketjunvaihtoaineen (1-butaanitioli) konsentraatio, jotta _moolimassa saadaan säädettyä halutulle tasolle?

b)

Mikä olisi muodostuvan polystyreenin

M,

ilman ketjunvaihtoainetta?

Ketj unvaihtoa liuotti meen ei tarvitse huom ioida, ketjunkasvun oletetaan päättyvän kombinaatiolla tai ketjunvaihdolla.

Lasku

2

Styreeniä polymeroidaan panostoimisena anionisena liuospolymerointina tetrahydrofuraanissa käyttäen

initiaattorina

natriumnaftaleenia. Laske

a)

Reaktionopeusvakioko.

b)

Polymeroitumisaste 1500 ja 3000 sekunnin jälkeen.

Oletukset

ja

lähtöarvot:

i)

Liuoksen kokonaistilavuus on 1,0 dm3.

ii)

Styreenipitoisuus reaktorissa reaktion

alkuhetkellä2,2moolia.

iii)

Initiaattoripitoisuus alussa 1 ,0

x

10-3 moolia

iv)

Styreenin oletetaan sekoittuvantäysin homogeenisesti reaktoriin.

v)

Puolet monomeerista on polymeroitunut 1500 sekunnin jälkeen

Aalto-yliopisto Postiosoite Käyntiosoite Teknillinen korkeakoulu ^PL '16100 Kemistintie ¹ Biotekniikan ja kemian ⁰⁰⁰⁷⁶ AALTO ^Espoo

tekniikan laitos

tf Aalto-yliopisto

f Teknillinen korkeakouiu TENTTT

3

(3)

"

KE-100.3200

Polymeerien valmistus (5 op) Tentin pvm: 29.10.2010

T

Lasku

3

Alla olevassa taulukossa on esitettynä kolmen eri polymeroinnin reaktiivisuussuhteet.

komonomeeri

1

komonomeeri 2 f2

czF+

^{czclFs 1}

0,38

0,040

akryylinitriili 1,3-butadieeni

0,017

maleiinianhydridi

^styreeni 0,015

a) Määritä kussakin taulukon mukaisessa polymeroinnissa muodostuvan

kopolymeerin koostumus komonomeerin 1 funktiona.

b)

Määritä kullekin tapaukselle atseotrooppipiste.

c) Miten kuvailisit annettujen

reaktiivisuussuhteiden

perusteella muodostuvan

polymeerin rakennetta?

Aalto-yliopisto Postiosoite Käyntiosoite Teknillinen korkeakoulu PL 16100 Kemistintie 1

Biotekniikan ja kemian 00076 AALTO Espoo tekniikan laitos

Kaavakokoelma A

m

M

: _{Mox X,}

p=7

m

p:1- lMl

_R-

' lMlo '

pV =nRT ^k=

^Ae

T*

_lJ-

^|

trn

VY

zLn o-- n

TTv

T/ m

v

=-dlM)

dt

-E_RT

n=

M,

Askelpolymerointi:

x-=Yl+ x-= l*' ,=N.o.r<rr=Jo ² " _=Z!ö

"'- lMl ^"n- l+r-2rp ' Nr,o' NB"-" ^p'= _J;n

^Joug=

T[

Ketjupolymerointi:

n,=-4!=k,lM1*[n.]= ' dt 'L

^I

2rxkofll &=2k,[rur.]' [r]=lrlo ^e-kat

Ro

^'

=

-41ry!l ^dI

=

k,lMl*[M PL r L I .] _[u L t ^.]= ^E ^{, :l'-^'l}

\2k, 4

, =+=+ 4& *n=2v(kombinaatio)

Xn

=v(toisiintuminen)

+=+.C,++#.c,#

v,

= Rp

4+4*4,.r+4,s

ATRP:

Rp _

_44 _koKlMlllllcu.l

dt _lr"^f

Emulsiopolymerointi:

PIM)o

lrl,

1.4 1

-^w . I tr- An vt/ ltn

14,007 47,867

Xn=

Re

₌

frp[M]lP I

Ionipolymerointi:

fp.l =

¹⁰³

N'n

L I _NA

r, =kofMl

^{ri Xn}

='o

=&

ri

1/

alul ^r

*,

=

-T

⁼

k,lM-)"lMl

Kopolymerointi:

E= _=rt72+f,f,

"- rrfr'.UrfG

¹¹

Xn=

N1= 6,022x1023 mol-l

1

bar:

^10s Pa

12,OTI

?5

4{1

=

*""r]-e,(e, -

^er)f

f,'(4-r\

i|_trxrl+12

W

[1]

Finemann&Ross:

f'(r -24) -

4F- f,)

Vakiot:

R:8,3145

J/(K mol)

OoC

:

_273,15

_K

Moolimassat (g/mol):

H 1,008

^C

Al 26,982 Cl

g:

9,80665 m/s2

o

Zr

N

Ti

15,999 9r,224