Получение новолака поликонденсацией фенола с формальдегидом в кислой среде. Лабораторная работа №1. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине химия и физика полимеров
 Скачать 199.68 Kb.
|
|
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «ХИМИЯ И ФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ», для обучающихся по направлению подготовки 18.03.01 «Химическая технология», всех форм обучения Тобольск 2019 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ и высшего образования РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Тобольский индустриальный институт (филиал) Кафедра естественнонаучных и гуманитарных дисциплин Получение новолака поликонденсацией фенола с формальдегидом в кислой среде Лабораторная работа №1 Получение новолака поликонденсацией фенола с формальдегидом в кислой среде. Цель работы. Получение новолака методом поликонденсации фенола с формальдегидом в кислой среде. Изучить закономерности протекания реакции поликонденсации. Рассчитать выход продукта поликонденсации. Теоретическая часть. Фенольные смолы получают взаимодействием фенолов с альдегидами, главным образом с формальдегидом. Фенолы – это ароматические соединения, у которых непосредственно с ароматическим ядром соединена гидроксильная группа, С6Н5ОН. ОН  
Фенолы – это слабые кислоты, они легко растворяются в водном растворе гидроксида натрия, но нерастворимы в водном растворе карбоната натрия. Фенолы – твердые бесцветные вещества (за исключением нескольких жидких алкилфенолов). Фенол хорошо растворяется в полярных органических растворителях и плохо в неполярных алифатических углеводородах; кристаллизуется в форме бесцветных призм. Под действием кислорода воздуха фенол приобретает красноватую окраску, особенно быстро в тех случаях, когда он содержит следы меди или железа. Фенол ядовит. При длительном действии на кожу даже разбавленные растворы его могут вызвать долго незаживающие поражения. Поэтому при измельчении фенола необходимо надевать резиновый фартук и перчатки, а лицо защищать маской из органического стекла. При попадании фенола на кожу его необходимо тщательно смыть тампоном, смоченным спиртом. Формальдегид (муравьиный альдегид) Н – С = О (Н2СО) ׀ Н
Газ со своеобразным запахом, легко растворимый в воде и водном растворе метилового спирта. Получается и применяется в виде водного раствора – формалина, содержащего около 40 г формальдегида в 100 мл воды. Формальдегид – едкий, раздражающий слизистые оболочки газ, в растворе находится почти исключительно в виде моно – и олигометиленгликолей: НО-СН2-ОН и НО[-СН2-Оn-1]-CН2-ОН. В водных растворах доля негидратированного формальдегида (СН2О) очень мала (  0,001%)При длительном хранении, низкой температуре и высокой концентрации формальдегида из формалина выпадает полимер – параформ, представляющий собой смесь полиоксиметиленгликолей Сn = 8 100, который способен при нагревании расщепляться до метиленгликоля и растворяться в формалине.Формалин всегда содержит немного муравьиной кислоты, количество которой увеличивается со временем вследствие окисления формальдегида. Формальдегид сильно действует на слизистые оболочки и дыхательные пути, вызывает раздражение кожи. Присутствие в формалине метилового спирта может оказать вредное действие на центральную нервную систему и зрение. Работу с формальдегидом следует проводить в вытяжном шкафу. Заполнение пипетки формалином необходимо производить только с помощью резиновой груши. При попадании формалина на кожу или слизистые оболочки следует промыть водой, 2 % раствором соды и снова водой. Выпадение полимера замедляется при добавлении в раствор метилового спирта, который образует монометиловые эфиры полиоксиметиленгликолей и препятствует дальнейшему росту молекул полимера. На строение продуктов взаимодействия фенола с формальдегидом большое влияние оказывают условия проведения реакции и, в первую очередь, рН среды и температура реакционной смеси. Эта реакция включает три основных стадии: присоединение формальдегида к фенолу (I), рост цепи (или образование форполимера) при температуре ниже 100°С (II) и, наконец, отверждение (или сшивание) при температуре, превышающей 100°С. В зависимости от рН среды в результате реакции образуются два принципиально отличающихся друг от друга форполимера новолаки и резолы. Новолаки получают кондесацией фенола с формальдегидом в кислой среде, обычно при мольном соотношении формальдегида с фенолом (0,75 0,85). Новолаки представляют собой термопластичные т.е. растворимые и плавкие, низкомолекулярные (М 2000) смолы преимущественно линейного строения с метиленовыми группами между фенольными ядрами. Такие смолы отверждаются только с помощью отвердителя, в качестве которого обычно применяют гексаметилентетрамин (ГМТА). Отвержденные смолы - нерастворимые и неплавкие продукты. Образовавшиеся спирты реагируют друг с другом за счет гидроксила метилольных групп и незамещенных атомов водорода бензольного кольца в орто- и пара- положениях (1). Одновременно метилольные группы могут взаимодействовать между собой с выделением формальдегида и воды и образованием метиленовой связи (2).  Задание на выполнение работы. Получить новолак методом поликонденсации фенола с формальдегидом в кислой среде. Реактивы: фенол - 9,4 г; формалин - 4 мл (4 г); кислота соляная HCl - 0,1 мл. Перечень используемого оборудования: круглодонная трехгорлая колба, обратный холодильник, термометр (100 оС), водяная баня, чашка фарфоровая, сушильный шкаф. Правила по технике безопасности. Лабораторная электроплитка должна быть установлена на ровной, устойчивой, чистой, сухой поверхности. Перед каждым использованием проверяйте электроплитку на наличие повреждений корпуса, электрошнура и вилки. Соблюдайте осторожность при касании нагревательного элемента плитки. Опасность получения ожогов и отравления! Соблюдайте правила обращения с реагентами (фенол и формальдегид). Порядок выполнения работы. В круглодонной колбе вместимостью 100 мл взбалтывают смесь фенола и формалина до полного растворения, затем добавляют 0,1 мл соляной кислоты, присоединяют к колбе обратный холодильник и нагревают на водяной бане при 90-100°С в течение 20-40 минут. Реакция протекает с выделением теплоты. При закипании смеси нагревание прекращают. Затем нагревание продолжают на кипящей водяной бане до разделения реакционной массы на два слоя: верхний - водный (обычно мутный) и нижний - густой, светло-желтый или светлокоричневый (в зависимости от качества фенола), который представляет собой продукт поликонденсации. Содержимое колбы сливают в фарфоровую чашку. После охлаждения верхний слой отделяют. Оставшийся в чашке полимерный продукт промывают теплой водой до нейтральной реакции по метиловому оранжевому и высушивают, постепенно нагревая до 200°С. Затем остужают на воздухе и взвешивают. По полученным данным вычисляют выход полимера на взятые исходные реагенты.  где Х – массовый выход смолы, % масс., а1 – масса фенола, г, а2 – масса формальдегида, г, а0 – масса фарфоровой чашки, г, а3 – масса чашки со смолой после высушивания, г. Расчет выхода полимера: Масса фарфоровой чашки 38,3 г. Масса чашки со смолой после высушивания 51,1 г.  Выводы: мы получили новолак методом поликонденсации фенола с формальдегидом в кислой среде, изучили закономерности протекания реакции поликонденсации. Рассчитали выход продукта поликонденсации, который составил 91,8 %. |
, г/см3
, г/см3