Лабораторная работа 5 Линейная поликонденсация этиленгликоля и дикарбновой кислоты, катализируемая

n-толуолсульфокислотой в расплаве

Одними из исходных компонентов для получения монолитных полиуретановых эластомеров являются сложные олигоэфирдиолы (в промышленности их называют сложными полиэфирами), синтезируемые на основе дикарбоновых кислот и двуатомных спиртов.

Линейная поликонденсация дикарбоновой кислоты и гликоля в присутствии катализатора описывается кинетическим уравнением третьего порядка.

где k-константа скорости реакции третьего порядка (л²/(моль²·с)), [X]-концентрация катализатора, которую в случае сильной кислоты принимают постоянной.

[CООН]-концентрация карбоксильных групп

[ОН]-концентрация гидроксильных групп

Если исходные реагенты (соответственно концентрации карбоксильных и гидроксильных групп) взяты в эквимольных количествах, т.е. [COOH]=[OH]=C, то

где kx=k[X]-константа скорости реакции второго порядка (л/(моль·с)), зависящая от концентрации катализатора. После интегрирования уравнение принимает вид:

где -степень полимеризации, Со и С-начальная и текущая концентрации одной из функциональных групп, q=(Co-C)/2 – степень превращения функциональных групп.

Уравнение степени полимеризации справедливо для неравновесных процессов и для начальной стадии равновесных процессов, когда можно пренебречь скоростью обратной реакции.

Для определения кинетических параметров линейной поликонденсации в ходе реакции последовательно отбирают ряд проб реакционной смеси и титрованием определяют содержание в них непрореагировавших карбоксильных групп. Рассчитывают степень полимеризации, степень превращения и константу скорости реакции. Из температурной зависимости константы скорости оценивают энергию активации реакцию поликонденсации

Цель работы: Исследование кинетики каталитической линейной поликонденсации этиленгликоля и дикарбоновой кислоты в расплаве. Определение энергии активации процесса.

Реактивы:

1) этиленгликоль, ММ=62,07 г/моль, Т_пл.=-12,6 С, Т_кип.=109²⁵ С, d=1,1155;

2) диэтиленгликоль ММ=106 г/моль, Т_пл.=-8,0 С, Т_кип.=244,8 С, d=1,1177²⁰₄;

3) адипиновая кислота ММ=146,15 г/моль, Т_пл.=153 С, Т_кип.=265¹⁰⁰ С, d= 1,360²⁵;

4) 0,02 н раствор КОН в 60%-ном этиловом спирте;

5) п-толуолсульфокислота ММ=172,20 г/моль;

6) хлороформ ММ=119,38 г/моль, Т_пл.=-63,5 С, Т_кип.=61,15 С, d=1,488²⁰;

7) этанол ММ=46,07 г/моль, Т_пл.=-114,15 С,

Т_кип.=78,39 С, d=0,78513²⁵;

8) 1% спиртовой раствор фенолфталеина.

Посуда и оборудование: Электроплитка, соединенная с реле и контактным термометром, стеклянная мешалка, подъемный столик, баня со сплавом Вуда, термометр, колба двугорлая на 150 мл, колбы конические на 100 мл (6 шт.), груша резиновая, мерные цилиндры на 10 и 25 мл, пипетка на 5 мл, бюретка на 25 мл, часовые стекла, аналитические весы.

Выполнение работы

Собрать прибор для проведения реакции, представляющий собой двугорлую колбу, снабженную стеклянной мешалкой. Одно горло остается открытым и используется для взятия проб реакционной смеси. Включают в сеть электроплитку с масляной баней, предварительно установив на контактном термометре требуемую температуру.

Реакцию поликонденсации проводят одновременно на двух рабочих местах: на одном при 130 °С, а на другом при 150 °С. В реакционные колбы загружают реагенты согласно таблице 3.1:

Таблица 3.1