REAZIONE DI POLIMERIZZAZIONE IN EMULSIONE ACQUOSA DELLO STIRENE –

PARTE PRATICA

Piano dell’Offerta Formativa a.s. 2011/2012

Progetto: Dai Polimeri Sintetici alle Plastiche Biodegradabili

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!!!!

……In Laboratorio…..

CH2 CHn

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

OH

OH

CH3

CH3CH3

4-ter-butilcatecolo

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.

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 2/3

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.

Lavaggio dello stirene 3/3

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 del tensioattivo

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

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

In un pallone da 100 mL ad 1 collo, provvisto di ancoretta magnetica, abbiamo introdotto, nell’ordine:

Abbiamo agitato il sistema per una decina di minuti, per consentire a tutto il monomero di entrare nelle micelle

Dispersione del monomero nelle micelle

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

Aggiunta dell’iniziatore radicalico

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 1/4

Abbiamo lasciato a reagire il sistema per trenta minuti

Reazione di polimerizzazione 2/4

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

Reazione di polimerizzazione 3/4

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

Prodotto di reazione

Campione fornito dalla dott.ssa Lucia Caporaso dell’Università di Salerno

polistirene

Caratterizzazione prodotto di reazione: IR 1/2

Stretching C-H alifaticiStretching C-H aromatici Vibrazioni di bendig e stretching

Armoniche anello aromatico

CH2 CHn

Il polistirene è stato caratterizzato mediante spettrofotometria IR con spettrofotometro Bio-Rad FTS, in

film liquido su KBr

HH

H

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.

polistirene

Spettro IR dello stirene riportato in letteratura

Caratterizzazione prodotto di reazione: IR 2/2

Caratterizzazione prodotto di reazione:1H e 13C-NMR

La caratterizzazione del prodotto di sintesi è stata fatta anche

mediante 1H- e

13C-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.

Caratterizzazione prodotto di reazione: 1H-NMR

CHCl3

CH2 CHn

CH2 CHn

CH2 CHn

Spettro 1H-NMR del polistirene

Caratterizzazione prodotto di reazione: 1H-NMR

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.

Spettro 1H-NMR dello stirene riportato in letteratura

Caratterizzazione prodotto di reazione: 13C-NMR

CHCl3

CH2 CHn

Spettro 13C-NMR del polistirene

Parte sperimentale 1H- e 13C-NMR

Gli spettri 1H-NMR e 13C-NMR sono stati registrati presso il reparto di Risonanza Magnetica Nucleare dell’ICB-CNR di Pozzuoli dal dott. A. Motta.

Gli spettri 1H-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.

I docenti: Anna Madaio, Tullia Aquila, Marco Romano, Maddalena Colucci

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

Gli autori

Gli autori ringraziano il Prof. F. De Riccardis, coordinatore del PLS per la Chimica, dell’Università di Salerno