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

0 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

74456. Современная западноевропейская правовая наука 18.77 KB
  Современная западноевропейская правовая наука попрежнему находится в состоянии прогрессивного развития совершенствования чему во многом способствуют постоянно возрастающие потребности общества и государства в обеспечении устойчивого правопорядка и создании надежных гарантий реализации и защиты права и свобод личности. В числе ведущих направлений развития современной правовой науки можно выделить:...
74457. Современный этап развития российской правовой науки 14.63 KB
  Современный этап развития российской правовой науки. Современный период российской правовой науки берет начало с 1991 г. В современный период занятие научными исследованиями проблем правовой науки является практически частным делом ученогоправоведа. Интенсивно развивается наука конституционного права предметом исследований проводимых представителями этой науки выступают проблемы и закономерности формирования и функционирования системы федеральных органов государственной власти роль конституционного правосудия в деле защиты Конституции РФ...
74458. Стадии правового исследования 43 KB
  На стадии целеполагания решаются главные вопросы научного исследования: что подлежит исследованию; какие позитивные результаты можно ожидать по его завершении; с помощью каких методов могут быть получены ожидаемые результаты. С учетом результатов целепологания исследователь должен трезво оценить свой творческий потенциал и быть уверенным в том что его способностей знаний и навыков владения научными методами исследования вполне достаточно для успешного завершения планируемого исследования. Подготовительная стадия научного...
74459. Уровни и формы знаний юридической науки 53.5 KB
  Знания об объекте правовой науки образует ее эмпирический уровень а знания о предмете теоретический уровень. При этом эмпирический уровень знания об объекте правовой науки формируется на начальных этапах познания тогда как теоретические знания составляют конечную цель и наиболее высокий результат научного познания. Вся объективная реальность представленная в объекте правовой науки исследуется ученымиправоведами а результаты исследований составляют содержание эмпирического уровня науки.
74460. Философский как основа методологии правовой науки. Общие философские методы научного познания 14.65 KB
  Общие философские методы научного познания. Гносеология или теория познания это учение об условиях о сущности и границах познания. Основу теории составляют проблемы соотношения субъекта объекта и содержания познания. Логика учение о последовательном и упорядоченном мышлении его элементах и общих методах познания.
74461. Функции юридической науки 50 KB
  Основные направления воздействия правовой науки на другие сферы гражданского общества понимаются как функции. Теоретико-методологическая функция правовой науки характеризуется тем что теоретические знания о государстве и праве и методы их познания выступают основой последующих исследований проблем данной науки обеспечивают получение новых достоверных знаний о политикоправовых явлениях и процессах. Практическая функция выражается в глубоком научном обосновании правовой наукой политикоправовой практики формулировании...
74463. Понятия и их дефиниция. Правила определения понятий 15.29 KB
  Понятия и их дефиниция. Объективной основой понятия могут выступать конкретные явления процессы их отдельные свойства компоненты связи которые в логике обозначаются общим понятием предмет. Содержание понятия составляет совокупность признаков благодаря которой осуществляются обобщение и выделение предмета. Это понятия правонарушение правоотношение норма права.
74464. Правовая наука как деятельность и социокультурный институт 18 KB
  Поскольку знания о государстве и праве об истории правовой науки представляют собой результат активной специальной деятельности людей то правовая наука правомерно рассматривается как деятельность благодаря которой были получены знания. В итоге правовая наука призвана раскрывать закономерности функционирования и развития права и государства и на этой основе формулировать конкретные предложения по совершенствованию действующего законодательства и и деятельности государства по управлению делами общества. Содержит рекомендации о формах и...