ИССЛЕДОВАНИЕ ОЛИГОУРЕТАНА НА ОСНОВЕ ГЛИЦЕРИНА МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОЙ ВИСКОЗИМЕТРИИ

АННОТАЦИЯ

В статье изучены вискозиметрические характеристики растворов нового уретансодержащего олигомера на основе глицерина, полученного без изоцианатным способом. Определены величины условной, удельной, приведенной и логарифмической, а также характеристической вязкостей уретанового олигомера на основе глицерина методом капиллярной вискозиметрии. Определение константы К и α уравнения Марка-Куна-Хаувинка для полученного уретанового олигомера.

ABSTRACT

In the article, the viscometric characteristics of solutions of a new urethane-containing oligomer based on glycerin, obtained without isocyanate method, were studied. The values ​​of conditional, specific, reduced and logarithmic, as well as intrinsic viscosities of a urethane oligomer based on glycerol were determined by capillary viscometry. Determination of the constant K and α by the Mark-Kuhn-Houwink equation for the obtained urethane oligomer.

Ключевые слова: уретановый олигомер на основе глицерина, константы К и α уравнения Марка-Куна-Хаувинка, капиллярная вискозиметрия.

Keywords: urethane oligomer based on glycerol, constants K and α by the Mark-Kuhn-Houwink equation, capillary viscometry.

На базе Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии разработаны методы получения уретансодержащих олигомеров и полимеров без применения ди или полиизоцианатов [1-3]. Исходя из этого, целью данной работы являются исследования вискозиметрических характеристик полученного олигоуретана на основе глицерина мочевины и формальдегида, а также определения характеристической вязкости и вычисления константы К и α уравнения Марка-Куна-Хаувинка. Для определения константы К и α подобраны образцы олигоуретана с среднечисловыми молекулярными массам 1197,8, 1498,8 и 1785,4.

Определение характеристической вязкости используется в области химии полимеров, которая представляет собой поддисциплину химии, занимающуюся синтезом полимеров, а также анализом структуры и свойств полимера [4].  Метод вискозиметрии разбавленных растворов олигомеров широко используется в химии полимеров, поскольку он дёшев, легкодоступен, но при этом точен.  Вискозиметрия разбавленных растворов является хорошо известным аналитическим методом в химии полимеров для характеристики полимеров в растворе [5]. Методика основана на том факте, что растворение полимера в растворителе увеличивает вязкость конечного раствора полимера. Увеличение вязкости зависит от температуры, типа полимера и растворителя, концентрации полимера и молекулярной массы полимера [6, 7]. В целом можно сказать, что чем выше молярная масса полимера, тем выше будет вязкость раствора полимера. К и α являются константами для данной комбинации полимер-растворитель при определенной температуре. Если они не известны из литературы, их необходимо определить экспериментально, путем построения графика зависимости логарифма характеристической вязкости от логарифмической молекулярной массы. Пересечение с осью Y линейной подгонки данных дает константу K, наклон кривой дает константу α [8].

Определение вискозиметрических параметров уретанового олигомера на основе глицерина. Для исследования вязкостных характеристик методом капиллярной вискозиметрии выбраны три образца с среднечисловыми молекулярными массам 1197,8, 1498,8 и 1785,4. Приготовлены водные растворы трех образцов с концентрациями 0,125, 0,25, 0,5 и 1,0 %. По методу капиллярной вискозиметрии определена характеристическая вязкость для каждого водного раствора полученного уретанового олигомера на основе глицерина.

В таблице 1 приведены все результаты измерений и итоги расчетов по методу определения вязкости растворов первого образца олигоуретана на основе глицерина.

Таблица 1.

Значения вязкостей растворов первого образца уретанового олигомера на основе глицерина

Обозначения: t_ср – среднее время истечения раствора; η_отн – относительная вязкость; η_уд – удельная вязкость; η_пр – приведенная вязкость; η_лог –  логарифмическая вязкость; η – характеристическая вязкость.

На рисунке 1 составлена диаграмма зависимости, приведенной и логарифмической вязкостей от соответствующей концентрации по данным из таблицы 1. С помощью экстраполяции данных графика находили характеристическую вязкость олигомера на основе глицерина. Обе линии экстраполяций показывают на 1,44 оси ординаты построенного графика.

Рисунок 1. Графическая экстраполяция значений η_уд/С и lnη_от/С, полученных для нескольких концентраций раствора первого образца, к нулевой концентрации:

кривая 1 – зависимость η_пр от концентрации раствора С; кривая 2 – зависимость η_лог от концентрации раствора С; линейные кривые 1 и 2  - линии экстраполяций

В таблице 2 изложены полученные результаты измерений на капиллярном вискозиметре и итоги расчетов по методу определения вязкости растворов второго образца олигоуретана на основе глицерина.

Таблица 2.

Значения вязкостей растворов второго образца уретанового олигомера на основе глицерина

Обозначения: t_ср – среднее время истечения раствора; η_отн – относительная вязкость; η_уд – удельная вязкость; η_пр – приведенная вязкость; η_лог – логарифмическая вязкость; η – характеристическая вязкость.

Далее, составлен график зависимости, приведенной и логарифмической вязкостей от соответствующей концентрации раствора второго образца уретанового олигомера на основе глицерина (рисунок 2). По линиям экстраполяций графика, определена характеристическая вязкость уретанового олигомера. Обе линии экстраполяций сходятся на 1,67 оси ординаты построенного графика.

Рисунок 2. Графическая экстраполяция значений η_уд/С и lnη_от/С, полученных для нескольких концентраций раствора второго образца, к нулевой концентрации:

кривая 1 – зависимость η_пр от концентрации раствора С; кривая 2 – зависимость η_лог от концентрации раствора С; линейные кривые 1 и 2  - линии экстраполяций

Далее, определена характеристическая вязкость растворов третьего образца разветвленного уретанового олигомера на основе глицерина. В таблице 3 изложены полученные результаты измерений на капиллярном вискозиметре и итоги расчетов по методу определения вязкости.

Таблица 3.

Значения вязкостей растворов третьего образца уретанового олигомера на основе глицерина

Обозначения: t_ср – среднее время истечения раствора; η_отн – относительная вязкость; η_уд – удельная вязкость; η_пр – приведенная вязкость; η_лог – логарифмическая вязкость; η – характеристическая вязкость.

На основе показателей, изложенных в таблице 3, построен график зависимости, приведенной и логарифмической вязкостей от соответствующей концентрации раствора второго образца уретанового олигомера на основе глицерина (рисунок 3). По линиям экстраполяций построенных кривых зависимости приведенной вязкости от концентрации раствора и кривой зависимости логарифмической вязкости, определена характеристическая вязкость третьего образца разветвленного уретанового олигомера на основе глицерина. Обе линии экстраполяций показывают на 1,92 оси ординаты построенного графика.

Рисунок 3. Графическая экстраполяция значений η_уд/С и lnη_от/С, полученных для нескольких концентраций раствора третьего образца, к нулевой концентрации:

кривая 1 – зависимость η_пр от концентрации раствора С; кривая 2 – зависимость η_лог от концентрации раствора С; линейные кривые 1 и 2  - линии экстраполяций

Для определения значения К и α полученных олигоуретанов на основе глицерина построен график зависимости логарифмов характеристических вязкостей – lg[η], полученных трех образцов разветвленного уретанового олигомера от их логарифмов молекулярных масс – lgM (рисунок 4).

Проведение линии экстраполяции по определенным точкам графика к оси ординаты показывает величину lgК. Функция y = kx + b это линейная функция. Здесь k – угловой коэффициент; b –  свободный коэффициент. Геометрическим смыслом коэффициента b является длина отрезка, который отсекает прямая по оси ординаты, считая от начала координат. Геометрический смысл коэффициента k – это тангенс угла наклона прямой к положительному направлению оси абсциссы. Из графика видно, что линия экстраполяции, стремящая к оси ординаты, останавливается на значение -2,291. Это значит что К=10^-2,,29=0,0051. Математическое уравнение, созданное для функции линии экстраполяции, поможет найти значение α. Таким образом, величина α = 0,792.

Рисунок 4. Графическая экстраполяция кривой зависимости lg[η] от lgM к оси ординаты

Таким образом, вычислены величины константы К и α, применяемые в уравнении Марка-Куна-Хаувинка, для олигомера, содержащего уретановые группы, на основе глицерина. Величина константы К составляет 0,0051, величина константы α составляет 0,792.

Список литературы:

1. Киёмов Ш. Н., Джалилов А. Т. Адгезия эпоксиуретанового полимера по металлу //Universum: технические науки. – 2020. – №. 9-2 (78). – С. 78-80.
2. Джалилов А. Т., Киёмов Ш. Н. Уретан-эпоксидные термореактивные полимерные системы в качестве антифрикционного материала //Булатовские чтения. – 2020. – Т. 5. – С. 76-78.
3. Киёмов Ш. Н., Джалилов А. Т. Уретановый олигомер ОУ-400 //Universum: технические науки. – 2020. – №. 7-2 (76). – С. 68-71.
4. Зуев В. В., Успенская М. В., Олехнович А. О. Физика и химия полимеров // Учеб. пособие.− СПб.: СПбГУ ИТМО. – 2010.
5. Манжай В. Н. и др. Физико-химические аспекты турбулентного течения разбавленных растворов полимеров. – 2009.
6. Балаева-Тихомирова О. М., Толкачева Т. А. Органическая химия. Основные понятия о высокомолекулярных соединениях. – 2016.
7. Шуляк И. В., Грушова Е. И., Семенченко А. М. Реологические свойства водных растворов полиэтиленгликолей различной молекулярной массы. – 2011.
8. Козлов Г. В., Долбин И. В. Фрактальный вариант уравнения Марка-Куна-Хаувинка //Высокомолекулярные соединения. Серия Б. – 2002. – Т. 44. – №. 1. – С. 115-118.