Лабораторная работа 7 Поликонденсация фталевого ангидрида и этиленгликоля

Лабораторная работа 7
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
Этиленгликоль
- 0,55 моль
Смесь этанол:бензол (1:1)
- 100 мл
Гидроксид калия, КОН, 0,1 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
Механическая мешалка с мотором – 1 шт
Пробирки химические – 5 шт
Фарфоровая чашка
Штатив лабораторный – 2 шт
Стеклянная палочка
Проведение эксперимента
В
реакционную
колбу
прибора
загружают
фталевый
ангидрид
и
этиленгликоль..Содержимое колбы постепенно, в течение 30-40 минут, при
перемешивании нагревают на колбонагревателе до 185-195°С и проводят
поликонденсацию при этой температуре.
Для определения кинетики процесса поликонденсации через 30 мин, 1, 2. 3, 4 часа после
получения однородной смеси в предварительно взвешенные конические колбы для
1
титрования отбирают пробы 0,3-0,4 г с точностью до 0,00002 г, в которых определяют
кислотное число. Одновременно с отбором проб отмечают количество воды,
выделившейся в насадке Дина-Старка. По полученным значениям кислотного числа
рассчитывают молекулярную массу полиэфира и количество (массу) выделившейся воды.
Разогретую смолу выливают из колбы в фарфоровую чашку и после охлаждения
анализируют.
Для определения растворимости кусочки смолы помещают в отдельные пробирки с
бутилацетатом, толуолом, бензолом, ацетоном, тетрахлоридом метана. Отмечают её
растворимость.
Результаты оформить в виде таблиц.
Таблица 1
Загрузка
Этиленгликоль
моль
г
мл
Фталевый
ангидрид
моль
г
Выход смолы
Общая
масса
г
г
мас.%
от теор.
Таблица 2
Кинетика процесса
Время
от Навеска
начала
смолы, г
опыта, мин
0
Характеристика смолы
Количество
Кислотное
Молекулярная Количество
0,1М КОН, число (КЧ), масса
воды, мл
мл
мг КОН/г
30
60
120
180
240
2
Определение кинетики и глубины протекания процесса поликонденсации
В ходе процесса поликонденсации дикарбоновых кислот и двух (трех)атомных спиртов
кислотное
число реакционной смеси падает, а количество выделяющейся при
поликонденсации воды увеличивается. Определение кислотного числа на различных
стадиях поликонденсации и измерение объёма выделившейся воды дает возможность
проследить за кинетикой процесса.
Кислотное число определяют по стандартной методике титрованием навески
реакционной смеси 0,3-0,4 г, взвешенной с точностью до 0,0002 г, растворенной в 15 мл
спирто-бензольной смеси (1:1), 0,1М спиртовым раствором КОН.
Теоретическое кислотное число (или начальное кислотное число исходной реакционной
смеси) рассчитывают из соотношения компонентов и их молекулярной массы:
КЧ теор 
2  56,11  1000
М
где МΣ –суммарная молекулярная масса исходной смеси.
Количество выделяющейся в процессе поликонденсации воды можно замерить,
пользуясь насадкой Дина-Старка. Если вода не улавливается, то количество её можно
рассчитать, зная теоретическое КЧ (КЧтеор ) и КЧ (КЧэф )полученного полимера.
Из уравнения реакции следует, что на 1 моль ангидрида дикарбоновой кислоты,
вступившего в реакцию поликонденсации, выделяется 1 моль воды, а на 1 моль
дикарбоновой кислоты выделяется 2 моль воды. Тогда количество воды Х, выделившейся
в процессе получения полиэфира с определенным кислотным числом (КЧэф), будет равно:

КЧ эф 
  18n
X  1 
 КЧ

теор



КЧ эф 
  18  2m
X  1 
 КЧ

теор 

где n – число молей ангидрида дикарбоновой кислоты;
m – число молей дикарбоновой кислоты.
Выход полиэфира (N) можно определить как прямым взвешиванием (взвесив колбу с
полученным полиэфиром и пустую колбу), так и по разности загрузки компонентов и
количества выделившейся воды (количество воды замеряют или рассчитывают).
Примеры расчета
Пример 1.
Состав реакционной смеси: 1 моль этиленгликоля, 0,4 моль фталевого ангидрида и 0,6
моль малеинового ангидрида. Молекулярные массы этиленгликоля, фталевого ангидрида
и малеинового ангидрида соответственно равны: 62, 148, 98 г/моль. Определить
суммарную молекулярную массу и теоретическое кислотное число этой смеси. Рассчитать
количество выделившейся воды и выход полиэфира (КЧэф=140 мгКОН/г).
Решение.
МΣ = 62 +148·0,4 + 98·0,6 = 180 г/моль
КЧ теор 
2  56,11  1000
 625 мгКОН / г
180
 140 
X  1 
  18  1  14г
 625 
3
N = 180 – 14 = 166 г
Пример 2.
Состав реакционной смеси: 1 моль этиленгликоля, 0,4 моль малеинового ангидрида, 0,3
моль фталевого ангидрида и 0,3 моль адипиновой кислоты. Молекулярные массы
этиленгликоля, малеинового ангидрида, фталевого ангидрида и адипиновой кислоты
соответсвенно равны 62, 98. 148, 146 г/моль. Определить суммарную молекулярную массу
и теоретическое кислотное число этой смеси. Рассчитать количество выделившейся воды
и выход полиэфира (КЧэф=140 мгКОН/г).
Решение:
МΣ = 62 + 98·0,4 +148·0,4 + 146·0,3 = 189,4 г/моль
2  56,11  1000
 596 мгКОН / г
189,4
При полном завершении реакции поликонденсации должно выделиться:
0,4 ·1 + 0,3 ·1 + 0,3·2 = 1,3 моль воды
КЧ теор 
 140 
X  1 
  18  1,3  17,9 г
 596 
N = 189,4 – 17,9 = 171,5 г
Примечание.
1. При расчете КЧтеор в знаменатель следует ставить суммарную молекулярную массу
реакционной смеси, которая соответствует рецептуре, в которую входит 1 моль
кислотных реагентов. Если кислотных реагентов больше или меньше, чем 1 моль,
то в числитель необходимо вносить поправочный коэффициент. Так, если
загружается в сумме 1,5 моль кислотных реагентов, то в числитель следует ввести
коэффициент 1,5, если загружается 0,5 моль – 0,5.
2. Так как поликонденсация проходит при высокой температуре, то возможны потери
этиленгликоля. Поэтому в реакционную смесь этиленгликоль следует вводить с
некоторым избытком.
4