Практикум по химической технологии - Тихвинская М.Ю.
Скачать (прямая ссылка):
По мере течения процесса поликонденсации дикарбоновых кислот (или их ангидридов) и гликолей кислотное число (КЧ) реакционной смеси падает, а объем выделяющейся при поликонденсации воды увеличивается. Определение кислотного числа на раз-4 личных стадиях реакции и измерение объема выделившейся воды дает возможность проследить за кинетикой процесса. Объем выделившейся воды измеряют, пользуясь прибором Дина-Старка. Его можно также рассчитать, зная кислотное число теоретическое и полученной смолы.
Теоретическое кислотное число (КЧтеор) нли начальное кис-
лотное число реакционной смеси рассчитывают из соотношения компонентов и их молекулярной массы:
. ,,,j _ 2- 56,11 • 1000 •» тг
где п — коэффициент, соответствующий числу моль кислотных реагентов; тг — суммарная масса исходной смеси.
Из уравнений реакции синтеза глифталевых смол следует, что на 1 моль ангидрида дикарбоновой кислоты выделяется 1 моль воды. Тогда масса воды (т), выделившейся в процессе получения смолы с определенным кислотным числом (КЧпр), будет равна:
где я — число молей ангидрида. Выход глифталевой смолы (в %) определяют по формуле:
где mw — масса полученной смолы (определяют по разности массы колбы со смолой и пустой колбы); mieop — рассчитанная масса смолы, равная тг — тн,о-
Цель работы. Синтезировать глифталевую смолу, рассчитать ее выход, снять кинетические кривые процесса поликонденсации, определить растворимость смолы и изменение ее при нагревании.
Реактивы: фталевый ангидрид, глицерин, спиртоэфирная смесь (этанол: диэтиловый эфир — 1 : 1), раствор гидроксида калия концентрации 0,1 моль/л (спиртовой раствор), индикатор—фенолфталеин (1%-ный спиртовой раствор).
Оборудование: прибор для поликонденсации (рис. 38), колбы конические вместимостью 150 мл, мерный цилиндр (50 мл), трубка с оттянутым концом для отбора проб, фарфоровые чашки (2 шт.), микробюретка (на 5 мл), ловушка Дина-Старка.
Порядок выполнения работы. Синтез смолы. Взвешивают 0,3 моль фталевого ангидрида, 0,25 моль безводного глицерина и загружают в реакционную колбу. Собирают прибор для поли конденсации. Содержимое колбы нагревают постепенно (в течение 25—30 мин) при перемешивании на масляной или воздушной бане до температуры 433—443 К- Поликонденсацию ведут 1,5—2 ч до получения продукта с КЧ (кислотное число) 90—120. Кислотное число характеризуется массой KOH (в мг), которое необходимо для нейтрализации карбоксильных групп, содержащихся в 1 г анализируемого вещества.
Определение кислотного числа (КЧ). Кислотное число определяют титрованием растворенной навески исследуемого вещества щелочью:
tj = . 100,
"•теор
RCOOH + KOH RCOOK + H2O
В колбу вместимостью 150 мл-помещают 0,3—0,5 г исследуемого продукта, взвешенного с точностью до 0,002 г (масса навески определяется содержанием —СООН-групп), добавляют 15— 30 мл спиртоэфирной смеси (1 : 1) и после растворения навески титруют из микробюретки спиртовым раствором KOH в присутствии фенолфталеина до появления розовой окраски. Параллельно проводят контрольный опыт с тем же объемом растворителя. Кислотное число (в мг) рассчитывают по формуле:
КЧ = (V— Vx)-C M- 1000/т,
где V — объем раствора гидроксида калия (концентрации 0,1 моль/1 л), израсходованный на титрование рабочей пробы, л; V1 — объем раствора гидроксида калия, израсходованный на титрование контрольной пробы, л; С —концентрация раствора гидроксида калия, моль/л; M — молярная масса карбоксильной группы, г/моль; m — навеска вещества, г.
Для определения кинетических кривых процесса через 15, 30, 60, 120, 180 мин после получения однородной массы отбирают пробы реакционной смеси (0,3—0,4 г с точностью до 0,002 г) в предварительно взвешенные колбы. В них определяют кислотное число (практическое). Одновременно отмечают объем воды, выделившейся в ловушке Дина-Старка.
По окончании поликонденсации смолу выливают в две фарфоровые чашки. Одну помещают на воздушную баню и нагревают до температуры 493—513 К. Определяют растворимость в ацетоне смолы, полученной при температуре 433 К, и смолы, нагретой до температуры 513 К.
Оформление результатов работы. По окончании работы кратко изложите сущность применяемого метода поликонденсации и цель работы. Составьте уравнения химических реакций. Начертите схему установки и обозначьте ее элементы. Кратко опишите методику проведения работы и анализов. Рассчитайте КЧпр н КЧтеор, /Я(н,о), TIt а результаты запишите в таблицу:
Рис. 38. Прибор для синтеза глифтале-вых смол:
1 —колба; 2 — термометр; S — мешалка; 4 — обратный шариковый холодильник; 5 — ловушка Дииа-Старка.
Масса реагентов
Общая масса (г)
Кислотное число (мг) и объем воды (мл), полученные через (мин)
Конечный продукт
глицерина (г)
фталевого ангидрида (г)
кислотное число
выход
15
20
60
120
180
кчтеор
(мгГ
КЧ„р (мг)
Т)(%)
По данным таблицы построить кривые изменения кислотного числа и массы выделившейся воды от времени поликонденсации. Сравнить результаты растворимости смол в ацетоне и дать объяснение.