Практикум по химической технологии - Тихвинская М.Ю.
Скачать (прямая ссылка):
Реакция фенола и формальдегида — это низкотемпературная (ниже температуры 373 К) неравновесная (необратимая) поликонденсация, при которой выделяющаяся в ходе процесса вода оказывает небольшое влияние на равновесие и скорость процесса. Поэтому синтез проводят без вывода из сферы реакции низкомолекулярного продукта.
Лоликонденсация фенола с формальдегидом — сложная совокупность последовательных и параллельных реакций. Главные факторы, которые определяют механизм реакций, структуру и свойства получаемых олигомеров, — природа катализатора и молярное соотношение фенола и формальдегида. В зависимости от этого получают новолачные и резольные фенолформальдегидные смолы. На скорость процесса оказывают влияние также температура и концентрация катализатора.
РАБОТА 37
ПОЛУЧЕНИЕ НОВОЛАЧНОЙ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ
СМОЛЫ
При поликонденсации фенола с формальдегидом в кислой среде и молярном избытке фенола образуются олигомеры преимущественно линейного строения. Такие термопластичные олигомеры, сохраняющие при-длительном хранении и нагревании до температуры 473 К плавкость и растворимость, называются новолачными смолами или новолаками.
При поликонденсации первоначально образуются фенолоспир-ты, которые затем реагируют с фенолом, превращаясь в диоксиди-фенилметаны. Эти соединения далее взаимодействуют с CH2O и фенолоспиртами. Дальнейший рост линейной цепи происходит в результате последовательного присоединения и конденсации. Общее уравнение полнконденсации в кислой среде:
(л+1)С,НьОН-т-пСН2См-НЧ-СвН8(ОН)-СН2-]я-СвНвОН+пНаО>
5 Закаа 68S
129
где ті = 4 н- 8. Термопластичные новолачные смолы можно перевести в термореактивное состояние и превратить линейные полимеры в трехмерные, сшитые (резит). Для этого проводят отверждение новолаков чаще всего путем нагревания с гексаметилен-тетраамином (уротропином). При этом происходит термический распад уротропина, выделение аммиака и образование метиле-новых мостиков между молекулами олигомера.
Цель работы. Синтезировать термопластичную (но-волачную) фенолформальдегид-ную смолу способом поликонденсации в растворе, рассчитать ее выход на взятые мономеры, определить скорость отверждения полученного новолака уротропином.
Реактивы: фенол, формалин (37%-ный раствор формальдегида в воде), соляная кислота (р = 1,19 • 10" кг/м8), уротропин (гексаметилентетраамин).
Оборудование: прибор для конденсации (рнс. 36), прибор для сушки смолы (рис. 37), фарфоровая чашка, секундомер, металлическая плита (размеры 1,5Х 10х 10 см) с отверстием сбоку для термометра, ступка с пестиком.
Порядок выполнения работы. Поликонденсация. Взвешивают 0,15 моль фенола (при работе с фенолом надеть защитные очки и резиновые перчатки), загружают в реакционную колбу и растворяют (на холоде при перемешивании) в таком объеме формалина, который содержит 0,125 моль формальдегида (рис. 36). После полного растворения фенола в раствор вводят катализатор (4—5 капель соляной кислоты). Колбу с реакционной смесью осторожно нагревают до кипения (на водяной бане) и процесс проводят при температуре 371—373 К- Через 20—30 мин от начала кипения раствор мутнеет и расслаивается. Перемешивание продолжают еще 10—15 мин. По окончании конденсации выключают мешалку, сливают осторожно надсмольную воду в специальную емкость (запрещается выливать в раковину]) и, отсоединив мешалку с обратным холодильником, собирают прибор для сушки смолы (рис. 37). Сушка смолы. В реакционной колбе заменяют термометр на
Рис. 36. Прибор для синтеза смол:
/ — колба; 2 — мешалка; — крестовина; 4 — капельная воронка; S — обратный холодильник; 6 — термометр; 7 — водяная баня; 8 — электрическая плятка; 9 — мотор.
Рис. 37. Прибор для сушки смолы:
/—. колба; 2 — капилляр; 3 — холодильник; 4 — аллонж с отводом; 5 « приемник;
6 — баня со льдом.
капилляр, на конец которого надевают резиновую трубку с винтовым зажимом. Колбу присоединяют к нисходящему холодильнику и приемнику (через аллонж с отводом). Смолу сушат при температуре 333—343 К и остаточном давлении 399 • 102 — 532-10а Па, к концу сушки давление снижают до 53,2 • 102 — 66,5 • 102 Па. Горячую смолу выливают в фарфоровую, предварительно взвешенную чашку. После охлаждения взвешивают чашку со смолой и рассчитывают выход смолы на взятый фенол и формальдегид.
Определение скорости отверждения. Отверждение новолачных смол проводят на металлической плите, помещенной на электрическую плитку и нагретой до температуры 433 К- 0,5 г измельченной в порошок смолы предварительно смешивают в ступке с уротропином (CH2)6N4 (~15% от массы смолы), а затем помещают на плиту так, чтобы площадь соприкосновения была не больше 1 см2. Как только порошок перенесен, его начинают перемешивать стеклянной палочкой и замечают время по секундомеру. За конец отверждения принимают то время, когда смола перестает тянуться за палочкой и образуется твердая корка.
Оформление результатов работы. По окончании работы кратко сформулируйте цель работы и сущность применяемого метода поликонденсации. Составьте уравнения химических реакций образования фенолоспиртов и реакций, приводящих к образованию новолака и его отверждению. Начертите схему установок и обозначьте их элементы. Кратко опишите методику проведения работы. Дайте характеристику исходным веществам,
