содержимое колбы переливают в фарфоровую чашку, охлаждают и сливают верхний надсмольный слой. Полученный полимер (линейный полимер оксиметиленоксифенилен) промывают водой до нейтральной реакции на лакмус, добавляют 3–5 мл спирта и высушивают в пробирке с о тводом к водоструйному насосу на водяной бане при 50–65 °С. По мере обезвоживания полимер становится прозрачным. Для установления линейного строения полимера определяют его растворимость в спирте, ацетоне, спирто-бензольной смеси.

Высушенный полимер (резол), представляющий собой клейкий сироп, выливают в пробирку и нагревают в термостате при постепенном повышении температуры от 60 до 120 °С до полного отверждения, т.е. до превращения в резит.

Лабораторная работа 4. Определение содержания свободного фенола

Цель работы. Определить содержание свободного фенола в исследуемом образце.

Реактивы: спирт этиловый ректификат, насыщенный раствор бромной воды, соляная кислота с удельным весом 1,19; 10%-ный раствор йодистого калия; децинормальный раствор серноватистокислого натрия (0,1н раствор тиосульфата натрия), раствор крахмала, дистиллированная вода, также следует приготовить 0,1 н раствор бромид бромата путем растворения 30 г бромида калия и 5,6 г бромата калия в 1000 мл дистиллированной воды.

Оборудование: круглодонная колба (Вюрца) емкостью 250 мл, аналитические весы, аппарат для отгонки (состоит из круглодонной колбы, холодильника длиной 700–800 мм и мерной колбы емкостью 1000 мл), бюретка, штатив.

Содержание свободного фенола в полимерах нежелательно, а в больших количествах просто недопустимо, так как он придает полимерам токсичность и влияет на интенсивность старения. Определение содержания фенола в полимерных материалах является очень важной и довольно трудоемкой операцией.

Ход работы

Берут круглодонную колбу (Вюрца) емкостью 250 мл и взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Затем взвешивают навеску испытуемого продукта в количестве 1–1,5 г, рас-

26

творяют его в 20 мл этилового спирта и помещают в круглодонную колбу. Вслед за этим в колбу доливают 100 мл дистиллированной воды и устанавливают ее на штатив для отгонки свободного фенола.

Аппарат для отгонки фенола состоит из круглодонной колбы, холодильника длиной 700–800 мм и мерной колбы емкостью 1000 мл для дистиллята.

Свободный фенол отгоняется с водяным острым паром и собирается вместе с дистиллятом в мерной колбе, причем отгонка ведется с такой скоростью, чтобы в течение 50 мин отгонялось примерно 500 мл дистиллята, и заканчивается только тогда, когда в пробе дистиллята с бромной водой не оказывается мути.

После того как отгонка будет закончена, дистиллят в мерной колбе доливают дистиллированной водой до имеющейся на колбе метки и тщательно перемешивают содержимое. Отобрав с помощью бюретки 100 мл полученного дистиллята, переносят его в коническую плоскодонную колбу с притертой пробкой емкостью 250 мл и доливают в колбу 50 мл раствора бромита бромата и 5 мл соляной кислоты.

Коническую колбу вместе с содержимым помещают в темное место и оставляют там в течение 15 мин. Затем в колбу приливают 15 мл раствора йодистого калия и после перемешивания смеси вновь ставят колбу в темное место на 10 мин. Далее содержимое титруют раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала.

Для вычисления процентного содержания свободного фенола в испытуемом материале необходимо одновременно провести подобный опыт в тех же условиях, замеряя с достаточной точностью объем 0,1 н раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование дистиллята, заменив лишь 100 мл дистиллята 100 мл специально приготовленного раствора.

Раствор для контрольного опыта без дистиллята готовят следующим образом. В мерную колбу емкостью 1000 мл помещают 20 мл этилового спирта и так же, как в основном опыте, доводят содержимое колбы до метки путем доливания дистиллированной воды. Замерив точно количество 0,1 н раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование контрольной пробы, можно вычислить количество свободного фенола, содержащегося в испытуемой навеске по формуле

27

где V1 — объем 0,1н раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование контрольной пробы, мл;

V2 — объем 0,1н раствора тиосульфата натрия, пошедшего на титрование дистиллята, мл;

g — количество испытуемого материала, г;

0,001568 — количество фенола, соответствующее 1 мл точно 0,1 н раствора тиосульфата натрия.

Лабораторная работа 5. Определение физико-химических свойств полимеров

Цель работы. Определить плотность методом гидростатического взвешивания, водопоглощение, щелочность исследуемого полимера.

Опыт 1. Определение плотности методом гидростатического взвешивания

Реактивы: образцы полимеров, дистиллированная вода. Оборудование: аналитические весы, химические стаканы. Плотность полимера относится к группе физико-механических

показателей. Плотность — величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объему или площади.

Для полимеров, имеющих пористую структуру, различают удельную (кажущуюся) и истинную плотность.

Кажущаяся плотность — это плотность тела при данной температуре с учетом имеющихся в нем пор. Удельная (кажущаяся) плотность — отношение массы вещества ко всему занимаемому им объ-

ему. Техническое обозначение удельной плотности — ρ, измеряется в кг/м3.

Истинная плотность — плотность плотной части образца или «стенок» пор.

Плотности тел, определенные в среде смачивающих и несмачивающих их поверхность жидкостей, могут сильно различаться. Поэтому обязательно указываются условия, при которых определена плотность полимера.

Сущность метода гидростатического взвешивания заключается в сравнении масс одинаковых объемов испытуемого вещества и жидкости известной плотности (например дистиллированной воды), называемой рабочей жидкостью. Метод предназначен для определения плотности (объемной массы) формованных изделий (стержни, бруски, трубки) и обеспечивает точность измерения плотности до 0,1 %.

28

Ход работы

Для испытания применяют образцы массой 0,2–5,0 г стандартных размеров (120±2) × (15±0,2) × (10±0,2) мм.

Получить у преподавателя образцы для определения, взвесить образец с точностью до 0,0001 г — это масса образца (m1). Установить подставку со стаканом, наполненным рабочей жидкостью (дистиллированная вода), на столик весов. После этого образец опускают в стакан с жидкостью до полного его погружения, не касаясь стенок и дна сосуда и следя за тем, чтобы на нем не было пузырьков воздуха, и проводят взвешивание, определяя массу (m).

Плотность рассчитывают по формуле

ρ = m1/m1 – m,

где m1 — вес образца в воздухе, г; m — вес образца в воде, г.

Результат записывают с тремя знаками после запятой. За результат принимают среднее арифметическое из двух определений.

Опыт 2. Определение сорбционного увлажнения (влагопоглощения)

Оборудование: весы лабораторные 2-го класса точности с НПВ 200 г; эксикатор с керамической решеткой.

Проведение испытания: образцы взвешивают, устанавливают на решетку над водой в эксикатор и выдерживают в течение 24 ч при

температуре (22±5) °С, после чего снова взвешивают.

Обработка результатов: сорбционное увлажнение в процентах вычисляют по формуле

Wсорб = m1 −m2 100 % ,

m2

где m1 — масса образца после выдержки над водой, г, m2 — масса сухого образца, г.

Вычисляют среднее арифметическое по результатам определений сорбционного увлажнения не менее двух параллельных образцов. Результат записывают с точностью до десятых долей процента.

29

Опыт 3. Определение водопоглощения образцов

Проведение испытания: образцы взвешивают, устанавливают на решетку в эксикатор, эксикатор заполняют водой с температурой (22±5) °С так, чтобы образцы были погружены в воду на (5±1) мм. Уровень воды в эксикаторе необходимо поддерживать постоянным. После выдержки в течение 24 ч образцы вынимают из эксикатора и переносят на сетчатую подставку, чтобы стекла вода, и через 30 с взвешивают.

Обработка результатов: водопоглощение вычисляют по формуле, результат представляют в процентах:

Wn0 = m3V−ρ m2 100 % ,

в

где m3 — масса образца после выдержки в воде, г; m2 — масса сухого образца, г;

V — объем образца, см3;

ρв — плотность воды, г/см3.

Вычисляют среднее арифметическое по результатам определений водопоглощения не менее двух параллельных образцов.

Результат записывают с точностью до десятых долей процента.

Опыт 4. Определение щелочности

Реактивы: образец пенопласта, 0,1н раствор серной кислоты, 0,1н раствор гидроксида натрия, 0,1%-ный спиртовой раствор фенолфталеина.

Оборудование: аналитические весы, конические колбы на 250 мл, терка металлическая с диаметром отверстий 0,5 мм, электрическая плитка, бюретки.

Пенопласты, полученные прессовым способом с применением в качестве газообразователей солей угольной кислоты (марок ПХВ-1, ПХВ-2,ПС-4 и т.д.), имеют в своем составе щелочные продукты разложения газообразователей. Щелочность определяется в пересчете на карбонат натрия.

Кусок пенопласта очищают от поверхностного слоя на глубину 2 мм и истирают на терке из нержавеющей стали с диаметром отверстий 0,5 мм. Около 3 г истертого пенопласта (без просева) взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г и помещают в коническую колбу емкостью 250 мл, куда добавляют 30 мл 0,1 н раствора серной кислоты и 100 мл дистиллированной воды.

30

Колбу с содержимым кипятят на электрической плитке в течение 10 мин при непрерывном взбалтывании. После охлаждения колбы до комнатной температуры избыток серной кислоты оттитровывают 0,1 н раствором гидроксида натрия в присутствии фенолфталеина. Параллельно проводится холостой опыт.

Щелочность (в пересчете на карбонат натрия) вычисляют по формуле

где а — количество 0,1 н раствора гидроксида натрия, пошедшего на титрование холостого опыта, мл;

в — количество 0,1 н раствора гидроксида натрия, пошедшего на титрование избытка кислоты рабочего раствора, мл;

К — поправка к титру 0,1н раствора гидроксида натрия; 0,0053 — содержание карбоната натрия в 1 мл 0,1 н раствора; С — навеска, г.

Определение щелочности производят в двух параллельных пробах. За окончательный результат принимают среднее арифметическое значение обоих определений.

Опыт 5. Качественный анализ полимеров

Полимерные строительные материалы в большинстве случаев представляют собой композиции более или менее сложного состава, содержащие, кроме основного вещества, пластификатор, наполнитель, стабилизатор и другие добавки. Такие композиции подвергаются вначале количественному разделению. Выделенные компоненты идентифицируются качественно, а затем количественно.

Цель данной работы заключается в идентификации полимеров по классам.

1. Поведение исследуемого образца в пламени. Образец в виде полоски или кусочка вносят в наружную часть горелки. Если вещество легко воспламеняется, то его немедленно удаляют из пламени; если оно плавится и съеживается, то его держат в огне до воспламенения. Отмечаются характер горения, цвет пламени, запах выделяющихся газообразных продуктов, отношение к нагреванию. По этим признакам, согласно табл. 4, исследуемый полимер предварительно относят к тому или иному классу полимерных соединений.

31

Таблица 4

Поведение полимерных соединений в пламени

32

2. Сухая перегонка. Для этого исследуемый полимер помещают в пробирку и постепенно нагревают на горелке. Наблюдают, как изменяется вещество, отмечают запах, цвет паров, характер обугливания (табл. 5).

3. Реакция Либермана — Шторха — Моравского. На плоскую фарфоровую пластинку помещают небольшой кусочек полимера и наносят на него несколько капель уксусного ангидрида, а затем каплю концентрированной серной кислоты. Наблюдают в течение получаса за окраской жидкости и поверхности полимера, отмечая цвет и последовательность его изменения (табл. 6).

33

Таблица 6

Окраска жидкости и поверхности у полимеров при реакции Либермана — Шторха — Моравского

На основе проведенных испытаний делается вывод о том, к какому виду полимеров можно отнести исследуемый материал.

Контрольные вопросы

1.Дайте определение реакции поликонденсации.

2.Чем отличается реакция поликонденсации от реакции полимеризации?

3.Как зависит структура образующихся продуктов от природы исходных мономеров?

34

4.В каких условиях и при каком соотношении реагентов получаются новолачные и резольные фенолформальдегидные смолы?

5.Какие полимеры относятся к термопластичным, а какие к термореактивным?

6.Применение фенолформальдегидных смол.

7.Охарактеризуйте понятие «плотность».

8.Какими методами можно определить плотность полимеров?

9.В чем сущность метода гидростатического взвешивания?

10.Определение понятия «пластическая масса».

11.Понятие о процессе и назначении переработки пластмасс.

12.Задачи, решаемые при переработке пластмасс, и основное содержание каждой задачи.

13.Структура полимера и основные свойства материала: твердость, прочность, деформируемость, растворимость в растворителях.

14.Перечислите и охарактеризуйте основные технологические свойства полимеров.

15.Реологические свойства расплава полимеров и возможные способы переработки их в изделия.

16.Деструкция полимеров: причины, протекающие процессы и явления, виды и их характеристика.

Библиографическийсписок

1.Алимов Л.А. Технология строительных изделий и конструкций. Бетоноведение : учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. 1-е изд. М. : Академия, 2010. 432 с.

2.Аскадский А.А. Введение в физико-химию полимеров / А.А. Аскадский, А.Р. Хохлов. М. : Научный мир, 2009. 384 с.

3.Бруяко М.Г., Григорьева Л.С., Орлова А.М. Химия и технология полимеров [Электронный ресурс] : учебное пособие; Московский государственный строительный университет. — Учеб. электрон. изд. — Электрон. текстовые дан. — М. : МГСУ, 2016. — 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

4.Виноградова С.В. Поликонденсационные процессы и полимеры / С.В. Виноградова, В.А. Васнев. М. : МАИК, 2000. 372 с.

5.Воробьев В.А. Технология полимеров : учебник для вузов. 2-е изд., перераб. / В.А. Воробьев, Р.А. Андрианов. 1980. 304 с.

6.Киреев В.В. Высокомолекулярные соединения : учебник / В.В. Киреев.

М. : Юрайт, 2015. 602 с.

35