Получение полимеров методом поликонденсации

Опыт 1.3. Получение новолачной фенолоформальдегидной смолы

Взаимодействие фенолов с альдегидами представляет собой реакцию поликонденсации, условием протекания которой является полифункциональность реагирующих молекул. Реакция характеризуется большим значением константы равновесия (К ~ 10000), и вследствие этого кинетика и степень поликонденсации практически зависят от концентрации катализатора, температуры и времени реакции. Характер и свойства получаемого продукта реакции поликонденсации фенола с альдегидами определяются химическим строением реагирующих молекул, их молярным соотношением и реакцией среды. В зависимости от этих факторов могут быть получены либо термопластичные (новолаки), либо термореактивные (резолы) олигомеры.

Поместите в колбу (рис. 2) 5 г фенола, 4 мл 40 % формалина, внесите кусочки керамики. Нагрейте смесь на водяной бане до образования однородной жидкости и осторожно кипятите ее 1-2 мин. Затем влейте (из пипетки или из пробирки) 0,4 мл (несколько капель) концентрированной соляной кислоты. При встряхивании через 1-2 мин горячая смесь начинает кипеть без подогревания. Реакционная смесь мутнеет и внизу отслаивается тяжелое, непрозрачное масло. Если кипение прекращается, снова подогрейте смесь на огне в течение 1-2 мин. Затем разберите установку, из реакционной колбы осторожно слейте верхний мутный слой и добавьте примерно такой же объем воды, слейте воду, а смолу с остатками воды вылейте на часовое стекло. Остывшую светло-сиреневую смолу снимите со стекла, высушите ее в фильтровальной бумаге, снимите комочек и произведите взвешивание, рассчитайте выход полимера. При хранении смола постепенно твердеет и делается хрупкой тем быстрее, чем дольше продолжалось кипячение.

Опыт 1.4. Получение резольной фенолоформальдегидной смолы

В круглодонную колбу с обратным холодильником внесите 3 г фенола, 5 мл 40 %-го формалина и 2 мл 25%-го водного раствора аммиака. Содержимое колбы нагревайте на кипящей водяной бане в течение 1 часа. В процессе поликонденсации реакционная смесь мутнеет и разделяется на два слоя: верхний – водный и нижний – густой, светло-желтый продукт поликонденсации. Для более быстрого и равномерного хода реакции реакционную колбу периодически встряхивайте и приливайте ~ по 0,5 мл раствора аммиака.

Рис. 2. Схема установки для получения фенолоформальдегидной смолы: 1 – реакционная колба, 2 – обратный холодильник, 3 – водяная баня, 4 – электроплитка

По окончании процесса выключите обогрев, отсоедините холодильник, снимите колбу и перенесите ее содержимое в фарфоровую чашку. Водный слой слейте, а смолу, оставшуюся в чашке, несколько раз промойте водой (для удаления исходных продуктов). Нагрейте смолу на плитке и наблюдайте за переходом ее из твердого в вязкое, а затем жидкое состояние, которое при дальнейшем нагревании снова твердеет и меняет цвет желтый на красно-коричневый (резит). Последнюю операцию проводите в вытяжном шкафу!

• Напишите уравнения реакций получения новолака, резола и перехода их в резит.

• Представьте полную классификацию полученных полимеров, особые условия образования каждого из них.

• Укажите возможности использования названных продуктов.

Опыт 1.5. Конденсация карбамида с формальдегидом

(опыт проводить в вытяжном шкафу)

Смесь, состоящую из 3 г карбамида (мочевина, СО(NН₂)₂) и 8 мл фор­малина (40%-й водный раствор формальдегида СН₂О), осторожно нагрейте в фарфоровой чашке на плитке, добавив несколько капель 2 н. раствора гидро­ксида натрия. После полного растворения карбамида смесь нагревайте еще не­сколько минут до превращения ее в вязкую массу (карбамидный клей).

Часть клея перенесите в другую чашку, добавьте 1 – 2 мл воды (можно подкрашенной органическим красителем), нагрейте на плитке до кипения и проведите отверждение с помощью нескольких кристалликов щавелевой кислоты (Н₂С₂О₄).

• Напишите уравнения реакций получения и отверждения карбамидо-формальдегидного полимера.

Опыт 1.6. Получение глифталевой смолы

Поместите в широкую пробирку 2 г фталевого ангидрида и 1 г глицерина. Закройте пробирку пробкой с вставленной в нее вертикальной трубкой и нагревайте на плитке, поддерживая непрерывное кипение смеси в течение 1,5 – 2 часов. Жидкость в пробирке постепенно густеет и в конце нагревания желтеет. С увеличением продолжительности нагревания и температуры увеличивается вязкость продукта.

• Объясните происходящие со временем изменения в системе и напишите уравнение реакции поликонденсации глицерина и фталевого ангидрида.

• Укажите основные направления использования глифталя.

Выводы

1. Назовите основные методы получения полимеров и укажите принципиальные различия между ними.

2. Приведите основные способы получение полимеров и укажите их достоинства и недостатки.

3. Укажите основные стадии процессов образования полимеров и возможности влияния на строение и свойства полимера на каждой из них.

4. Отметьте факторы, влияющие на состав, строение и свойства образующихся полимеров.