Получение фенолоформальдегидных смол

Цель работы: изучить способы получение полимеров.

Задание: реакцией поликонденсации получить новолачную и резольную фенолоформальдегидные смолы. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Фенолоформальдегидные смолы получают реакцией поликонденсации фенола С₆Н₅ОН и формальдегида СН₂О. В зависимости от соотношения компонентов и условий процесса поликонденсации образуются новолачные или резольные смолы.

Новолачные смолы образуются при небольшом избытке фенола с катализатором – соляной кислотой. Реакция идет по следующей схеме:

Новолачная смола имеет линейное строение и при нагревании размягчается, при охлаждении затвердевает, т.е. является термопластичнымполимером.

Резольные смолы получают при небольшом избытке формальдегида со щелочным катализатором. Эта смола имеет трехмерное сетчатое строение и не размягчается при нагревании, т.е. является термореактивнымполимером.

Выполнение работы

Опыт 1. Получение новолачной смолы

Поместить в пробирку 2 г кристаллического фенола, добавить туда же

3−4 мл 40 %-го раствора формалина. Смесь взболтать до полного растворения и добавить 2−3 капли концентрированной соляной кислоты. Пробирку погрузить в водяную баню (90 °С) и время от времени перемешивать содержимое пробирки стеклянной палочкой. Когда начнется бурная реакция (через 5−10 мин), вынуть пробирку из водяной бани и погрузить в холодную воду до прекращения реакции. Затем пробирку снова поместить в водяную баню (90 °С) и держать там до разделения смеси на два слоя. После этого дать пробирке остыть и осторожно слить верхний водный слой, а смоляной продукт несколько раз промыть водой, а затем разделить его на две пробирки. В одну пробирку добавить спирт и слегка подогреть на водяной бане. Другую часть смолы нагреть на пламени спиртовки.

Требования к результатам опыта

1. Составить схему реакции поликонденсации фенола с формальдегидом. Какое вещество является вторым продуктом в данной реакции?

2. Сделать вывод о растворимости смолы в спирте.

3. Отметить поведение смолы при нагревании.

Опыт 2. Получение резольной смолы

В круглодонную колбу на 50 мл поместить 2,5 г фенола и 3,6 мл формалина. Смесь взболтать до полного растворения и добавить 0,5 мл 25 %-го раствора аммиака.

Колбу с содержимым соединить с обратным холодильником, нагревать на водяной бане при 90 °С в течение 15−20 мин до отчетливого расслоения смеси (верхний – водяной слой, нижний – смоляной). Слить содержимое в фарфоровую чашку (в вытяжном шкафу!) и дать отстояться. Слить верхний водный слой. Половину полученной смолы (резита) перенести стеклянной палочкой в чистую пробирку и нагреть на пламени. Плавится ли смола? Охладить пробирку, проверить полученную смолу на растворимость в спирте.

Требования к результатам опыта

1. Объяснить затвердевание смолы при нагревании.

2. Сделать вывод о термических свойствах резольной смолы.

3. Отметить растворимость смолы в спирте.

Примеры решения задач

Пример 32.1.Чему равна степень полимеризации изобутилена при получении полиизобутилена с молекулярной массой 56280?

Решение.Полиизобутилен (полимер) получается реакцией полимеризации изобутилена (мономера), реакция представлена следующей схемой:

СН₃

n CH₂=C–CH₃ −СH₂–C–

CH₃ CH₃ n

изобутилен полиизобутилен

Степень полимеризации n показывает, какое число молекул мономера вступает в реакцию полимеризации. Молекулярная масса изобутилена С₄Н₈ равна 56, средняя молекулярная масса полимера 56280. Следовательно, степень полимеризации

1005

Пример 32.2.Составить уравнение реакции сополимеризации бутена-1

(CH₂=CH–CH₂–CH₃) и стирола CH₂=CH,

C₆H₅

если число молекул бутена-1 и стирола, входящих в состав макромолекул, находятся в соотношении 2:1.

Решение. Сополимеризация – это реакция полимеризации, в которой участвуют молекулы разных мономеров. В данном случае одним мономером является бутилен, другим стирол. Уравнение реакции сополимеризации имеет вид:

n (CH₂=CH–CH₂–CH₃ + CH₂=CH + CH₂=CH–CH₂–CH₃) ®

C₆H₅

® (–CH₂–CH–CH₂–CH–CH₂–CH–) _n

C₂H₅ C₆H₅ C₂H₅

Пример 32.3. Составить схему реакции поликонденсации ацетальдегида с фенолятом натрия, считая, что на 2 моль фенолята натрия приходится 1 моль ацетальдегида.

Решение.Поликонденсация – это реакция синтеза полимера из низкомолекулярных соединений, содержащих две или несколько функциональных групп, сопровождающаяся выделением за счет этих групп таких низкомолекулярных веществ, как вода, аммиак, галогеноводород.

Данная реакция поликонденсации может быть представлена следующей схемой: