Обсуждение результатов

Введение

Поликонденсация – ступенчатый процесс синтеза полимеров, протекающий по концевым функциональным группам мономеров, способных реагировать друг с другом с выделением какого-либо простого низкомолекулярого продукта.

При ступенчатом синтезе полимера его растущая цепь после каждого акта присоединения остается устойчивым соединением, процесс образования полимера протекает ступенями, молекулярная масса нарастает постепенно.

Для поликонденсации размер молекулы увеличивается с относительно низкой скоростью: сначала из мономеров образуется димер, затем тример, тетрамер и т.д., которые реагируют друг с другом до полимера. Образование полимера происходит на стадии очень высокой степеи завершенности реакции (более 98%).

Процесс поликонденсации, в котором участвуют макромолекулы с 3 и более функциональными группами, приводит к образованию разветвленных или сшитых структур - трехмерная поликонденсация. Как раз такой является образование фенолоформальдегидых смол.

Фенолформальдегидные смолы [-C₆H₃(OH)-CH₂-]_n – продукты поликонденсации фенола C₆H₅OH с формальдегидом CH₂=O.

Роль реакционноспособных функциональных групп в этих соединениях играют:

• в феноле – три С-Н-связи в орто- и пара-положениях (легче идет замещение в двух орто-положениях);
• в формальдегиде – двойная связь С=О, способная к присоединению по атомам С и О.

Это определяет возможность образования цепных макромолекул по схеме поликонденсации:

Реакция проводится в присутствии кислых (соляная, серная, щавелевая и другие кислоты) или щелочных катализаторов (аммиак, гидроксид натрия, гидроксид бария).

 

При избытке фенола и кислом катализаторе образуется линейный полимер – новолак, цепь которого содержит приблизительно 10 фенольных остатков, соединенных между собой метиленовыми (-СН₂-) мостиками.
Новолаки – термопластичные полимеры, которые сами по себе не способны переходить в неплавкое и нерастворимое состояние. Но они могут превращаться в трехмерный полимер при нагревании их с дополнительной порцией формальдегида в щелочной среде. При использовании щелочных катализаторов и избытка альдегида в начальной стадии поликонденсации получаются линейные цепи резола:

При дополнительном нагревании эти цепи "сшиваются" между собой за счет групп -CH₂OH, находящихся в пара-положении фенольного кольца, с образованием трехмерного полимера – резита:

 

 

Цель работы: получение полимера (фенолформальдегидной смолы) в щелочной среде методом трехмерной поликонденсации.

 

Объект исследования.

Реактивы:

- фенол C₆H₅OH (M = 94,12 г/моль) – кристаллическое вещество, Т_пл = 41 ⁰С, токсичен, особенно пары. Исходное сырье.

- формальдегид CH₂O (виде 37% раствора формалина,М = 30г/моль)- бесцветная жидкость(r = 0,926 г/см³), токсичен. Необходим для получения конкретной формы фенолформальдегидной смолы- резола.

- катализатор NaOH - кристаллическое вещество, токсичное.

 

Оборудование: круглодонная колба с обратным холодильником и мешалкой, термометр, фарфоровая чашка, металлическая пластинка.

 

Область применения.

Фенол-формальдегидные смолы используются при производстве древесностружечных материалов, литейных форм и стержней, производстве теплоизоляционных материалов, синтетических жирных кислот, линолеума, толя, рубероида, пергамина, пенопласта, синтетических материалов.

 

 

Методы исследования.

Ход работы:

1. В круглодонную колбу 250 мл, снабженную обратным холодильником и мешалкой вносим 6,23 г фенола, 3 мл дистиллированной воды и 0,210 г NaOH.

2. Содержимое осторожно перемешиваем до полного растворения фенола в растворе щелочи.

3. Затем в колбу добавляем 12 мл формальдегида и нагреваем на песчаной бане до начала кипения реакционной смеси. Раствор кипятим в течение 10 -15 минут, затем охлаждаем до t – 50 ⁰С. В этот момент мы получили линейные цепи резола.

4. Вводим приготовленный раствор NaOH (~ 1г) в 2,5 мл формалина и снова нагреваем до кипения, кипятим 1 – 2 минуты. Теперь линейные цепи резола сшиаются между собой и получаем трехмерый полимер – резит.

5. Полученную смолу выливаем на лист жести и охлаждаем.

 

 

Обсуждение результатов.

 

Мы формальдегид взяли в избытке и среда щелочная, следовательно, получили на первой стадии линейный полимер – резол.

Функциональные группы способны участвовать в реакции трехмерной поликонденсации, поэтому вязкость увеличивается– образуется резит.

 

 

 

Так же реакция может проводиться в присутствии кислых (соляная, серная, щавелевая и другие кислоты). Тогда получим сначала новолак, при дальнейшем нагревании которого с избытком формалина получают резол. Механизм конденсации в условиях кислотного катализа, следующий:

Выводы:

1. Получили фенолформальдегидную смолу в щелочной среде методом трехмерной поликонденсации.

2. Рассмотрев условия проведения опыта: мольные концентраций NaOH и CH₂O (изб.), повторное нагревании, можно сказать, что мы получили полимер, который является резитом.

 

 

Список использованной литературы.

1. Кулезнёв В. Н., В. А. Шершнёв. Химия и физика полимеров, «Высшая школа», Москва, 1988 г.
2. Г.П. Григорьев, Г.Я. Ляндсберг, А.Г. Сирота. Полимерные материалы, «Высшая школа» Москва, 1966 г.