100664

Поликонденсация фталевого ангидрида и этиленгликоля

Лабораторная работа

Химия и фармакология

Рассчитать массу реагентов в граммах в соответствии с рецептурой, исходя из 0.5 моль этиленгликоля. Написать уравнение реакции поликонденсации фталевого ангидрида и этиленгликоля. Провести поликонденсацию. Построить график зависимости кислотного числа, молекулярной массы и количества выделившейся воды от продолжительности поликонденсации. Определить растворимость смолы в органических растворителях.

Русский

2017-11-29

273 KB

2 чел.

ТАЛЛИНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Вирумааский колледж

Физика и химия полимеров

Константинова Наталья

RDKR 84

Лабораторная работа 2.4

Поликонденсация фталевого ангидрида и этиленгликоля

Преподаватель:L.Grigorjeva

2015

Вопросы для допуска  к лабораторной работе 2,4

  1. Физические свойства фталевого ангидрида, этиленгликоля.

Фталевый ангидрид- ангидрид о-фталевой кислоты. Представляет собой бесцветные кристаллы, практически нерастворимые в воде, умеренно растворимые в органических растворителях, температура плавления 130,8оС, температура кипения 284,5оС.

Физические свойства:

Состояние –твердое

Молярная масса – 148,12г/моль

Плотность -1,527 г/см3

Этиленгликоль- горючее вещество. Температура вспышки паров 120оС. Температура самовоспламенения 380оС. Температурные пределы воспламенения паров в воздухе,оС: нижний- 112, верхний- 124. Пределы воспламенения паров в воздухе от нижнего до верхнего, 3.8- 6.4% (по объему).

Температура плавления = -12,90С

Температура кипения =197,30С

  1. Техника безопасности при выполнении работы.

Использовать СИЗ(халат, перчатки, очки), работу проводить в вытяжном шкафу, соблюдать осторожность при работе с нагревательными приборами и реактивами.

  1. Из каких элементов состоит установка для синтеза полиэфира?

Колбонагреватель, круглодонная трехгорлая колба вместимостью 50 мл, насадка Дина-Старка, термометр со шлифом, пробка, обратный холодильник

  1. Что такое поликонденсация? Особенности ее проведения.

Поликонденсация - процесс образования полимеров из би- или полифункциональных мономеров, который чаще всего сопровождается выделением побочных низкомолекулярных соединений ( воды, спирта и т.д

Основными отличиями поликонденсации от  полимеризации являются следующие:

  • Процесс обусловлен взаимодействием функциональных групп

n aAa + n bBb → a(-A-B-)nb + (2n - 1)ab

где а и b - взаимодействующие функциональные группы

  • Элементный состав полимера отличается от суммарного состава реагирующих веществ. Иногда протекают реакции присоединения, и составы исходных веществ и полимера совпадают.
  • Поликонденсация протекает ступенчато (для полимеризации характерен цепной механизм) с образованием на каждом этапе стабильных n-меров, имеющих такиеже функциональные группы, как и исходные вещества. В зависимости от характера функциональных групп могут быть осуществлены различные типы химических реакций: полиэтерификации, полисульфидирования, полиамидирования и др.
  • При поликонденсации одновременно с ростом цепи полимера протекает обратный процесс – деструкция. Её можно ослабить, тщательно удаляя низкомолекулярные соединения из сферы реакции в соответствии с законом действующих масс.
    1. Какие из мономеров могут вступать в реакцию поликонденсации?

Процесс поликонденсации возможен лишь в том случае.когда исходные вещества имеют не менее двух функциональных групп, способных участвовать в реакции.

Если в исходном мономере содержатся две функциональные группы, то в результате реакции получается термопластичный и плавкий линейный полимер, растворимый в органических растворителях. Если хотя бы в одном из исходных реагентов имеются три или более  функциональные группы, то образуется неплавкий полимер пространственного строения, нерастворимый в органических растворителях. Поэтому поликонденсацию, при которой могут образовываться пространственные полимеры, следует вести таким образом. Чтобы не допускать затвердевания продукта в самом реакционном сосуде. Для получения твердой смолы нужно перелить жидкую смолу в формы, из которых легко извлечь затвердевший полимер.

  1. Написать уравнение химической реакции поликонденсации фталевого ангидрида и этиленгликоля.

  1. Какие факторы и каким образом влияют на процесс поликонденсации?

Проведение реакции поликонденсации зависит от химического строения исходных веществ и получаемых продуктов, от их физических свойств, природы побочных продуктов и константы скорости реакции

На свойства получаемых полимеров большое влияние оказывает функциональность исходных соединений. Если оба мономера бифункциональны, то при поликонденсации образуются строго линейные высокомолекулярные соединения, вещества, растворимые в растворителях.

Для ускорения  поликонденсации используют катализаторы

Молекулярная масса получаемого равновесной поликонденсацией полимера не зависит от концентрации мономера. Скорость поликонденсации пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Поэтому с увеличением концентрации мономера сокращается время, необходимое для достижения в системе равновесия.

Для максимального превращения исходных веществ в полимер из реакционной системы надо удалять низкомолекулярные продукты реакции. Это способствует получению полимеров с высокой молекулярной массой. С этой же целью поликонденсацию проводят в токе инертного газа при высокой температуре; на заключительной стадии - в вакууме.

Скорость реакции поликонденсации можно регулировать, изменяя температуру реакционной среды. Так, для замедления реакции нужно охладить реакционный сосуд, в котором происходит процесс

Поликонденсация фталевого ангидрида и этиленгликоля

Задания:

  1. Рассчитать массу реагентов в граммах в соответствии с рецептурой, исходя из 0.5 моль этиленгликоля.
  2. Написать уравнение реакции поликонденсации фталевого ангидрида и этиленгликоля.
  3. Провести поликонденсацию
  4. Построить график зависимости кислотного числа, молекулярной массы и количества выделившейся воды от продолжительности поликонденсации.
  5. Определить растворимость смолы в органических растворителях.

Реактивы:

Фталевый ангидрид, возогнанный или сплавленный – 0,5 моль (74 грамма)

Этиленгликоль                                                                 - 0,55 моль (34 гр)

Смесь этанол:бензол (1:1)                                                - 100 мл

Гидроксид калия, КОН, 0,5 М спиртовой раствор        - 100 мл

Фенолфталеин, 1%-ный спиртовой раствор

Бутилацетат, бензол, толуол, ацетон, тетрахлорид метана

Приборы:

Круглодонная трехгорлая колба вместимостью 100 мл – 1 шт

Насадка Дина-Старка, 10 мл – 1 шт

Термометр (со шлифом) – 1 шт

Обратный холодильник шариковый- 1 шт

Колбонагреватель – 1шт

Колбы конические вместимостью 100 мл для титрования – 5 шт

Стеклянная трубочка для отбора проб – 5 шт

Цилиндр мерный,  20 (25) мл – 1 шт

Бюретка для титрования,  10 (25) мл – 1 шт

Стакан стеклянный, 100 мл – 2 шт

Пробирки химические – 5 шт

Фарфоровая чашка

Штатив лабораторный – 2 шт

Проведение эксперимента

В трехгорлую реакционную колбу прибора загружают расчетное количество фталевого ангидрида и этиленгликоля. Соединяют колбу с насадкой Дина-Старка обратным холодильником. Во второе горло колбы вставляют термометр для замера температуры реакционной массы. Третье горло, служащее для отбора проб во время реакции, закрывают стеклянной или резиновой пробкой. Содержимое колбы постепенно, в течение 30-40 минут, нагревают на колбонагревателе до 185-195оС и проводят поликонденсацию при этой температуре. Для построения кинетической кривой процесса поликонденсации определяют кислотное число исходной смеси до начала поликонденсации, затем- реакционной массы- через 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3.0 часа после достижения в колбе температуры 185-195оС. С этой целью с помощью стеклянной палочки отбирают пробы массой 0,3-0,4 г, взвешивая с точностью до 0,0002 г. Одновременно с отбором проб отмечают количество воды, выделившейся в насадке Дина-Старка. Данные эксперимента записывают в таблицу.

Задание 1

                                                                                                  Таблица 1

Загрузка

Выход смолы

Этиленгликоль

Фталевый ангидрид

Общая масса

моль

г

мл

моль

г

г

г

мас.% от теор.

0,55

34

0,5

74

108

76,5

83,3

Задание 2 уравнение реакции поликонденсации фталевого ангидрида и этиленгликоля

Задание 3. Провели поликонденсацию и заполнили таблицу

                                                                                                                        Таблица 2

Кинетика процесса

Характеристика смолы

Время от начала опыта, мин

Навеска смолы, г

Количество 0,5М КОН, мл

Кислотное число (КЧ), мг КОН/г

Молекулярная масса

Количество воды, мл

0

30

60

120

180

240

2,058

1,1054

1,4354

0,8353

1,5131

1,611

15,2

6,6

5,8

3,3

5,0

4,3

166,92

134,94

91,32

88,10

74,68

60,32

335,49

415,00

613,22

635,64

749,87

928,38

1,9

3,3

5,0

5,2

5,3

5,4

а · Т· 1000

                                        К.Ч. =  ---------------------

m

а – объем 0.5M раствора КОН, израсходованного на титрование навески, мл;

Т – титр 0,5M раствора КОН, г/мл;

m – навеска вещества, г.

Расчет титра

Т = (Г-экв КОН * К *N)/1000= (56.09*0.806*0.5)/1000=0.0226 г/мл

Расчёт молекулярной массы олигомера: М= 56·103/к.ч.

  1. Построить график зависимости кислотного числа, молекулярной массы и количества выделившейся воды от продолжительности поликонденсации.

Достигаемая полнота проведения реакции и степень поликонденсации зависят от степени удаления реакционной воды, избытка одного из компонентов, температуры и времени реакции. Процесс контролируют по кислотному числу, которое показывает какое количество кислоты вступило в реакцию.

В ходе процесса поликонденсации кислотное число реакционной смеси падает, а количество выделившийся при поликонденсации воды увеличивается. Определение кислотного числа на различных стадиях поликонденсации и измерение обьема выделившейся воды дает возможность проследить за кинетикой процесса.

Реакция прекращается при исчерпывании исходных мономеров и достижения равновесия между образовавшимся полимером и выделившейся воды.

По графикам видно, что по истечении двух часов проведения реакции количество выделившейся воды практически не меняется , а величина кислотного числа меняется не существенно, следовательно достигнута полнота проведения реакции поликонденсации.

Расчетная часть

Молекулярные массы:

Фталевый ангидрид – 148 г/моль

Этиленгликоль – 62 г/моль

Вода-18  г/моль

КЧ эф=140 мгКОН/г

Суммарная молекулярная масса смеси:

М=62*0,55+148*0,5=108,1 г/моль

КЧтеор=(2*56,11*1000)/108,1=1038 мгКОН/г

При полном завершении реакции должно выделиться:

1*0,55+1*0,5=1,05 молей воды

Количество выделившейся воды теоритическое:

Х=(1-140/1038)*18*1,05=16,3 г

Выход полиэфира

N=108.1-16.3=91.8 г

После завершения эксперимента разогретую смолу выливают из колбы в фарфоровую чашку и после охлаждения взвешивают и  анализируют.

Nпр=76,5 г

N теор=91,8

Выход 76,5/91,8*100=83,3%

Определение растворимости:

Для определения растворимости кусочки смолы помещают в отдельные пробирки с бутилацетатом, толуолом, бензолом, ацетоном, тетрахлоридом метана.

При комнатной температуре с полимером ничего не происходило.

При нагревании на водяной бане полимер растворился в пробирках с бутилацетатом,  толуолом и ацетоном.

С бензолом и тетрахлорид метаном полимер не растворялся даже при нагревании.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6911. Дослід Франка та Герца 126.5 KB
  Дослід Франка та Герца Мета роботи: Дослідити вольт-амперну характеристику вакуумної лампи з парами ртуті. Переконатися, що електрони які зазнали зіткнень з атомами ртуті передають їм енергію лише характерними порціями (енергія переходу). Визначити ...
6912. Методи вимірювання магнітних полів 79.5 KB
  Методи вимірювання магнітних полів Мета роботи: Ознайомлення з принципом дії приладу Ш1-1 для вимірювання індукції магнітного поля (принцип ядерного магнітного резонансу). Ознайомлення з принципом дії прилада Ш1-8 для вимірювання індукції магн...
6913. Цели и задачи работы школы на 2011 – 2012 учебный год 34.91 KB
  Цели и задачи работы школы на 2011 - 2012 учебный год. Цель: Повышение качества обученности, среднего балла на независимых экзамена, обеспечение занятости обучающихся в системе ДО - 98%. Задачи: Организовать посещение уроков и провед...
6914. План воспитательной работы в 10 классе на 2008 - 2010 учебный год 136.5 KB
  План воспитательной работы в 10 классе на 2008 - 2010 учебный год Планирование воспитательной работы на 2009 - 2010 учебный год составлено на основании методических рекомендаций по работе над социальным проектом, выбранным в прошлом году. ...
6915. Элегазовый выключатель ВГБ-35 229.5 KB
  Элегазовый выключатель Введение Выключатели высокого напряжения (ВК) предназначены для оперативных и аварийной коммутаций в энергосистемах, для выполнения операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом управлении. Во в...
6916. Проектирование выключателей нагрузки 107 KB
  Введение Выключатель нагрузки - это простейший высоковольтный выключатель. Он используется для отключения и включения цепей, находящихся под нагрузкой. Дугогасительные устройства выключателей рассчитаны на гашение маломощной дуги, возникающей при от...
6917. Конфлікти в нашому житті. Психологічний практикум 88 KB
  Мета:ознайомити студентів з поняттями конфлікт та його позитивними і негативними сторонами, агресія, стратегіями поведінки учнів в конфліктній ситуації (миролюбство, уникнення, агресія), причинами виникнення конфліктів, агресивності, конст...
6918. Электромагнитная совместимость радиоэлектронного оборудования 41.5 KB
  Электромагнитная совместимость радиоэлектронного оборудования Направление радиоэлектроники, призванное обеспечить одновременную и совместную работу различного радиотехнического, электронного и электротехнического оборудования - называется электромаг...
6919. Воздействие помех на РЭС 39 KB
  Воздействие помех на РЭС Зависит от: структуры спектрального состава энергии Необратимые и обратимые процессы Мощная помеха Отказы аппаратуры из-за изменения структуры полупроводниковых материалов вплоть до их разрушения. Может сущ...