Piano dell’Offerta Formativa a.s. 2011/2012
Progetto: Dai Polimeri Sintetici alle
Plastiche Biodegradabili
REAZIONE DI POLIMERIZZAZIONE IN EMULSIONE
ACQUOSA DELLO STIRENE – PARTE PRATICA
Docenti: Anna Maria Madaio, Tullia Aquila, Marco Romano
ITT “B.
FOCACCIA”
Piano dell’ Offerta
Formativa
2011/2012
“Dai polimeri
sintetici alle
plastiche
biodegradabili”
Sintetizziamo
il polistirene!!!!
CH2 CH
n
……In
Laboratorio…..
Materiale occorrente
• Pallone da 100 ml ad un collo
• Ancoretta magnetica
• Refrigerante a bolle o di Liebig
• Piastra riscaldante con annessa pinza di
supporto
• Bagno ad acqua
• Termometro
• 3 Beute da 100 ml
• 2 Bacchette di vetro
• Cilindro graduato da 10 ml
• Imbuto separatore da 100 ml
• Pipetta graduata con stantuffo da 10 ml
• 2 Pipette graduate con stantuffo da 5 ml
• 2 Navicelle per pesare i reagenti
• Bilancia
Lavaggio dello stirene 1/3
Lo stirene viene conservato nei flaconi in cui è
venduto aggiungendo al monomero degli inibitori
radicalici, come il 4-ter-butilcatecolo. Queste
molecole hanno la funzione di catturare radicali che
possono generarsi spontaneamente dal monomero
per effetto del calore. Essi sono solubili in acqua e
devono essere allontanati prima di effettuare
l’esperienza.
OH
OH
H3C
H3C
CH3
4-ter-butilcatecolo
Lavaggio dello stirene 2/3
 Abbiamo
preparato 10 mL di una
soluzione acquosa di NaOH al 5% in peso
che abbiamo saturato con NaCl.
 Abbiamo
introdotto
nell’imbuto
separatore 2 mL di questa soluzione e 10
mL di stirene monomero.
 Abbiamo prima agitato vigorosamente,
chiudendo l’imbuto separatore con
l’apposito tappo, e poi abbiamo sollevato
il tappo per lasciare separare le due fasi.
Poiché la densità dello stirene (0.897
g/cm3) è minore di quella dell’acqua (1
g/cm3) il monomero si trova nella fase
superiore.
Lavaggio dello stirene 3/3
Attraverso
il
rubinetto,
abbiamo
allontanato tutta la fase acquosa, e abbiamo
conservato
all’interno
dell’
imbuto
separatore lo stirene, per la successiva
reazione di polimerizzazione. Abbiamo
tappato l’imbuto per evitare esalazioni
nocive.
Preparazione del tensioattivo
Abbiamo preparato una soluzione acquosa di
dodecilbenzensolfonato di sodio (tensioattivo)
al 3.6% m/m pesando 0.75 g di tensioattivo e
sciogliendoli in 20 mL di H2O
Preparazione dell’iniziatore radicalico
Abbiamo preparato una soluzione acquosa allo 0.7 % in peso di persolfato
di potassio (iniziatore) pesando 0.14 g di iniziatore e sciogliendoli in una
beuta contenente 20 mL di acqua.
Preparazione del sistema di reazione
In un pallone da 100 mL ad 1 collo, provvisto di ancoretta magnetica,
abbiamo introdotto, nell’ordine:
8 mL di acqua distillata
6 mL di una soluzione acquosa di dodecilbenzenesolfonato al 3.6% in peso
(soluzione di tensioattivo)
4 mL di monomero lavato
Dispersione del monomero nelle micelle
Abbiamo agitato il sistema per una
decina di minuti, per consentire a
tutto il monomero di entrare nelle
micelle
Aggiunta dell’iniziatore radicalico
Abbiamo aggiunto nel pallone di
reazione 2 mL della soluzione acquosa di
potassio persolfato allo 0.7% in peso
(soluzione di iniziatore radicalico) e
abbiamo nuovamente agitato il sistema
Reazione di polimerizzazione 1/4
Abbiamo collegato il refrigerante sul collo del pallone e abbiamo immerso
il pallone in un bagno ad acqua termostatato a 80°C (temperatura di
attivazione dell’iniziatore radicalico)
Reazione di polimerizzazione 2/4
Abbiamo lasciato a
reagire il sistema per
trenta minuti
Reazione di polimerizzazione 3/4
Alla fine della reazione abbiamo
conservato il pallone ben chiuso per 3
giorni in freezer (le basse temperature sono
servite per spaccare le micelle e liberare il
polimero)
Reazione di polimerizzazione 3/4
Successivamente, dopo aver lasciato
scongelare il lattice contenuto nei
palloni, abbiamo filtrato su bukner,
lavato con H2O il residuo sul filtro e
seccato il polimero in stufa
Prodotto di reazione
Il polimero ottenuto mediante
polimerizzazione in emulsione ha
un aspetto cristallino, bianco e
granulare
Il polimero ottenuto mediante
polimerizzazione in massa si
presenta come un aggregato
solido
Campione fornito dalla dott.ssa Lucia
Caporaso dell’Università di Salerno
Caratterizzazione prodotto di reazione: IR 1/2
Il polistirene è stato caratterizzato mediante spettrofotometria IR con
spettrofotometro Bio-Rad FTS, in film liquido su KBr
polistirene
CH2 CH
n
Armoniche anello aromatico
Stretching C-H aromatici
Stretching C-H alifatici
Vibrazioni di bendig e stretching
Caratterizzazione prodotto di reazione: IR 2/2
Spettro IR dello stirene riportato in letteratura
H
H
H
polistirene
Dal confronto con lo spettro IR del polistirene, si evince l’assenza degli
stretching dei C-H alifatici, a riprova dell’avvenuta reazione di
polimerizzazione.
Caratterizzazione prodotto di reazione:
1
H e 13C-NMR
 La caratterizzazione del prodotto di sintesi è stata fatta anche mediante
1
13
H- e C-NMR in CDCl3
 Dagli spettri si evince che, essendo il nostro prodotto formato da unità
polimeriche di peso molecolare diverso, lo spettro in soluzione a
temperatura ambiente non dà risultati facilmente interpretabili. Infatti
l’accavallamento dei segnali nella stessa zona dello spettro, dovuto alla
coesistenza di catene polimeriche di diversa lunghezza e alla casuale
stereochimica dei centri di asimmetria, non fa evidenziare la
molteplicità di spin. Ma l’attribuzione dei segnali è, comunque,
possibile sulla base dei chemical shift caratteristici.
 Spettri migliori si ottengono ad alta temperatura con solventi ad alto
punto di ebollizione oppure registrando lo spettro allo stato solido.
1
Caratterizzazione prodotto di reazione: H-NMR
CH2 CH
n
CHCl3
CH2 CH
n
CH2 CH
n
Spettro 1H-NMR del polistirene
1
Caratterizzazione prodotto di reazione: H-NMR
Spettro 1H-NMR dello stirene riportato in letteratura
Dal confronto con lo
spettro 1H-NMR del
polistirene risulta che
sono presenti solo segnali
a campi bassi che
indicano la risonanza di
protoni aromatici e
vinilici.
13
Caratterizzazione prodotto di reazione: C-NMR
CH2 CH
n
CHCl3
Spettro 13C-NMR del polistirene
Parte sperimentale
1
13
H- e C-NMR
1
 Gli spettri H-NMR e 13C-NMR sono stati registrati presso il reparto di
Risonanza Magnetica Nucleare dell’ICB-CNR di Pozzuoli dal dott. A.
Motta.
1
 Gli spettri H-NMR sono stati registrati con uno spettrometro operante
a 600 MHz (14.1 Tesla) Bruker Avance spectrometer (Bruker BioSpin
GmbH, Rheinstetten, Germany) equipaggiato con CryoProbe™ , a
temperatura ambiente, usando CDCl3 come solvente e la risonanza del
protone di CHCl3 come riferimento interno.
 Gli spettri 13C-NMR sono stati registrati a 150 MHz (14.1 Tesla), usando
la risonanza del CHCl3 come riferimento interno.
Gli autori
Classe 5 I: Fiorella Barra,
Debora Celenta, Daniele
Costabile, Irene Taormina
Classe 4 M: Marco Irno
Classe 4 I: Antonio Maffeo,
Pietro Raimondi
Classe 3 M: Simona Ferrara,
Graziano Scorzeto
Classe 3 I: Anita Caiazzo,
Rosario
Cavallo,
Maria
Teresa Della Fera, Domenico
Salerno
I docenti: Anna Madaio, Tullia Aquila, Marco Romano, Maddalena Colucci
Gli autori ringraziano il Prof. F. De Riccardis, coordinatore del PLS per la Chimica, dell’Università di Salerno