Получение полимерных материалов на основе реакции поликонденсации

1.1. Получение фенолформальдегидных смол

а) В пробирку помещают около 1 г фенола (осторожно, вызывает ожоги!), приливают 1 мл 40% раствора формалина. Смесь нагревают на водяной бане (под тягой) до полного растворения фенола, а затем добавляют 2 капли концентрированной соляной кислоты и продолжают нагревать до тех пор, пока реакционная масса не разделится. Нижний слой состоит из новолачной смолы, а верхний - из воды и непрореагировавшего формалина. Верхний слой сливают в пробирку и снова погружают в кипящую баню на 15-20 мин. для высушивания образовавшейся смолы. Затем часть смолы выливают в фарфоровую чашку на железный лист, где она отверждается. Остальные новолачные смолы в пробирке растворяют в 5-6 мл ацетона («лак»). Полученным лаком покрывают небольшую поверхность стекла, металла или дерева.

б) Аналогично проводят синтез резольной смолы из фенола и формалина, но в щелочной среде, взяв для синтеза вместо соляной кислоты 5-6 капель 10% -ного раствора аммиака в воде и нагревая реакционную смесь 30-35 мин. После образования резольной смолы верхний слой воды сливают, добавляют к смоле немного этанола и нагревают пробирку на водяной бане до растворения смолы и образования лака. Записывают схему реакций конденсации фенола с формальдегидом в кислой и щелочной средах.

В заключении укажите:

- В чем разница между резольной и новолачной смолами?

- Что такое резит, как он образуется?

1.2. Получение анилиноформальдегидной смолы

Опыт 1. Конденсация анилина с формальдегидом в нейтральной или слабощелочной среде при эквимолярных соотношении компонентов протекает по схеме:

n C₆H₅-NH₂ + n CH₂O ® n C₆H₅-N=CH₂ ® [ -N(-C₆H₅ )-CH₂- ]_n - nH₂O

В пробирке смешивают 1 мл анилина и 1 мл 40% -го раствора формальдегида. Закрывают пробирку пробкой и, встряхивая пробирку, добиваются образования белого осадка. Осадок промывают водой, небольшим количеством холодного спирта (желательно метанолом), добавляют 5-7 капель ледяной (100% -ной) уксусной кислоты и смесь нагревают в пламени горелки. Смесь окрашивается в желтый или оранжевый цвет, а после сплавления превращается в прозрачный полимер.

Опыт 2. Получение полимеров на основе реакции полимеризации

В пробирку наливают 2-3 мл метилметакрилата (получение см. оп. 3), добавляют 20-30 мг перекиси бензоила. Пробирку закрывают пробкой со стеклянной трубкой высотой 20-30 см (обратный холодильник) и метилметакрилат нагревают быстро до кипения на небольшом коптящем огне, а затем после слабого охлаждения быстро погружают еще горячую пробирку в кипящую водяную баню. Выдерживают ее до образования твердого полимера. Периодически вынимают пробирку из бани, наблюдают за ходом реакции по нарастанию вязкости раствора. Записывают уравнение реакции полимеризации метилметакрилата по стадиям: инициирование, рост цепи, обрыв цепи.

Опыт 3. Термическая деструкция (деполимеризация) полиметилметакрилата

В пробирку помещают немного (0,5-1,0 г) измельченного органического стекла - полиметилметакрилата (плесигласса), добавляют щепотку песка. Пробирку закрывают пробкой с газоотводного трубкой, соединенной с трубкой-холодильником, конец которой опущен почти до дна пробирки - приемника, погруженного в охлаждающую смесь (вода со снегом или толченым льдом).

Пробирку с полимером нагревают в пламени газовой горелки, сначала осторожно, потом сильно, до полной деполимеризации полимера. Исследуют полученный мономер на наличие двойной связи бромной водой или раствором KМnО₄. Записывают уравнение реакции деполимеризации плексигласса и взаимодействия мономера с бромной водой.

Опыт 4. Исследование свойств полимерных материалов

4.1. Распознавание полихлорвинила

Нагревают в пробирке кусочек полихлорвинила: сначала происходит его размягчения, а затем разложение с выделением хлороводорода. В последнем можно убедиться, если поднести к отверстию пробирки палочку, смоченную раствором аммиака. Проверяют кислотный характер летучих продуктов разложения лакмусовой бумагой.

Сильно нагревают медную проволоку в пламени горелки, затем прижимают ее к образцу полихлорвинила и снова вносят в пламя. Наблюдают зеленую окраску пламени. При прокаливании проволоки на ее поверхности образуется оксид меди CuО, который далее реагирует с хлористым водородом, выделяющимся в результате деструкции полихлорвинила, с образованием дихлорида меди СuCl₂ и воды. Кроме полихлорвинила, такая же реакция, то есть, образование хлороводорода при термодеструкции, характерна и для других пластмасс, содержащих хлор.

4.2. Распознавание лавсана

Вносят в пламя горелки кусочек лавсана. Наблюдают его плавление (250-265⁰С), затем появление коптящего пламени. Наливают в три пробирки отдельно 1-2 мл концентрированной серной кислоты, концентрированной соляной кислоты, концентрированного раствора едкого натра и помещают в каждую по кусочку лавсана. Осторожно нагревают пробирки. Наблюдают растворения лавсана.

4.3. Распознавание капрона

Вносят в пламя кусочек капрона, обращая внимание на характер горения, запах. Осторожно расплавляют капрон и пытаются извлечь из капрона тонкие нити пинцетом или стеклянной палочкой.

4.4. Открытие двойных связей в натуральном каучуке

Наливают в пробирку 1-2 мл раствора каучука в бензоле и добавляют туда же 3 - 5 капель раствора брома. Встряхивают пробирку и наблюдают обесцвечивание раствора брома. Записывают эмпирическую и структурную формулы изопрена и его полимера - натурального каучука.

4.5. Открытие серы в вулканизированном каучука

Помещают в пробирку несколько кусочков резины и нагревают пробирку на огне. Когда станет заметно разложения резины, подносят к пробирке бумажку, смоченную раствором свинцовой соли. Наблюдается почернение бумажки из-за образования черного сульфида свинца.