Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия и технология производства добавок и вспомогательных веществ для полимеров. Лабораторный практикум
.pdf
Лабораторная работа 1
СИНТЕЗ ФЕНОЛЬНОГО АНТИОКСИДАНТА ДЛЯ
ПОЛИМЕРОВ 4,4´-МЕТИЛЕН-БИС-(2,6-
ДИТРЕТБУТИЛФЕНОЛА)
Вариант 1. Получение 4,4´-метилен-бис-(2,6-
дитретбутилфенола) на основе 2,6-дитретбутилфенола и 3,5дитретбутил-4-гидроксибензилацетата
Приборы, инструменты: колба трехгорлая 250 мл, термометр,
холодильник, перемешивающее устройство, баня водяная, воронка
Бюхнера.
Реактивы: 2,6-дитретбутилфенол, 3,5-дитретбутил-4-
гидроксибензилацетат, уксусная кислота, хлорная кислота, вода
дистиллированная, гексан.
Рис. 1. Установка для проведения
реакции получения стабилизатора:
1- трехгорлая круглодонная колба;
2-стеклянная мешалка с гидрозатвором;
3-обратный холодильник;
4-водяная баня;
5-термометр
Методика проведения работы
В круглодонную колбу, снабженную мешалкой, обратным
холодильником, термометром (рис. 1) помещают 0,05 моль 2,6дитретбутилфенола, 0,05 моль 3,5-дитретбутил-4гидроксибензилацетата, 20 мл уксусной кислоты, 1 каплю хлорной
кислоты. Перемешивают 30 мин без нагрева. Реакция
экзотермическая. Следят, чтобы температура не поднималась выше 35
°С. В случае необходимости, колбу охлаждают с помощью водяной
бани. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают на фильтре
11
дистиллированной водой (до рН=7), перекристаллизовывают из
Приход
Расход
Наименование
Количество
Наименование
Количество
кг
% мас.
кг
% мас.
Итого
: Итого
:
гексана. Определяют выход целевого продукта.
Задание: 1. Написать уравнение реакции, рассчитать
необходимое количество реагентов в граммах,
провести синтез.
2. Составить материальный баланс, данные оформить
в виде таблицы.
3. Определить температуру плавления целевого
продукта (согласно методике, приведенной в прил.
1). Сопоставить найденные физические константы с
таковыми из литературы.
Таблица 4
Материальный баланс на изготовление 1 кг антиоксиданта
4,4´-метилен-бис-(2,6-дитретбутилфенола)
ингредиента
ингредиента
Вариант 2. Получение 4,4´-метилен-бис-(2,6-
дитретбутилфенола) на основе 2,6-дитретбутилфенола и
формалина
Приборы, инструменты: колба трехгорлая 250 мл, термометр,
холодильник, перемешивающее устройство, баня водяная,
электрическая плитка, капельная воронка, воронка Бюхнера.
Реактивы: 2,6-дитретбутилфенол, формалин, этанол, раствор
едкого натра.
Методика проведения работы
В круглодонную колбу, снабженную мешалкой, термометром,
обратным холодильником (рис. 1), помещают 0,02 моль 2,6дитретбутилфенола и 3 мл формалина (36 %-ного) в 10 мл этанола,
12
прикапывают при перемешивании раствор 1,6 г едкого натра,
предварительно растворенного в 3 мл воды. Наблюдается
разогревание реакционной массы. Скорость прикапывания
регулируют таким образом, чтобы температура реакционной смеси не
превышала 50 0С. После окончания прикапывания раствора едкого
натра температуру реакционной массы поддерживают на уровне 45-50
0
С с помощью водяной бани. Через 25-45 мин перемешивания смесь
охлаждают, выпавшие кристаллы отфильтровывают, промывают
горячей водой и холодным этиловым спиртом.
Перекристаллизовывают из гексана. Определяют выход целевого
продукта.
Задание: 1. Написать уравнение реакции, рассчитать
необходимое количество реагентов в граммах,
провести синтез.
2. Составить материальный баланс.
3. Определить температуру плавления целевого
продукта (согласно методике, приведенной в прил.
1). Сопоставить найденные физические константы с
таковыми из литературы.
Характеристики исходных реагентов и вспомогательных веществ:
1. 2,6-Дитретбутилфенол. Белые кристаллы. Брутто-формула
C14H22O. ММ = 206 г/моль, Тпл = 40°С, Т
этаноле, диэтиловом эфире, в горячей воде. Токсическое действие:
ЛД50>7000 мг/кг.
2. 3,5-Дитретбутил-4-гидроксибензилецетат. Желтоватые
кристаллы. Брутто-формула C16H24O2. ММ = 252 г/моль, Тпл = 107-108
о
С. Растворим в этаноле, диэтиловом эфире.
3. Уксусная кислота CH3C(O)OH. Брутто-формула C2H4O2.
Бесцветная горючая жидкость с резким запахом, хорошо растворимая
в воде. Имеет характерный кислый вкус. ММ = 60 г/моль, Тпл = 16,6
°С, Т
диэтиловым эфиром, сероуглеродом, этанолом. Порог восприятия
запаха в воздухе 0,4 мг/л, плотность 1,0492 г/см3 (20°C).
ММ =100,46 г/моль, Тпл = -102 °C, Т
г/см3 (20°C). Смешивается с водой, дихлорметаном, хлороформом,
этанолом. Содержит в себе хлор в высшей степени окисления, по этой
причине является сильнейшим окислителем. Взрывоопасна.
= 118,1 °C. Смешивается с ацетоном, бензолом, водой,
кип
4. Хлорная кислота HClO4. Бесцветная дымящая жидкость.
= 238,9°С. Растворим в
кип
= 110 °C, плотность 1,7608
кип
13
5. Формалин, водный р-р формальдегида (обычно 37-40%ный), содержащий в качестве ингибитора полимеризации метанол.
Химическая формула СН2О−Н2О×СН3OН. Бесцветная жидкость с
характерным острым запахом, при стоянии мутнеет из-за выпадения
белого осадка параформальдегида. Плотность 1,1109-1,0764 г/см³
(18°C), показатель преломления 1,3766-1,3776 (зависит от содержания
метанола). Активный восстановитель. рН = 2,8-4,0. Обладает
энергичным бактерицидным действием.
6. Гексан С6Н14. Бесцветная жидкость. Тпл = -95,3 °C, Т
°C, ММ = 86,18 г/моль. Хорошо растворим в органических
растворителях, нерастворим в воде.
7. Этанол С2Н5ОН. Бесцветная летучая жидкость с
характерным запахом и жгучим вкусом. Тпл = -114,15 °C, Т
°C, ММ = 46,06 г/моль, показатель преломления 1,3611. Смешивается
с бензолом, водой, глицерином, диэтиловым эфиром, ацетоном,
метанолом, уксусной кислотой, хлороформом.
8. Едкий натр NaOH. ММ = 40,00 г/моль. Белое твёрдое едкое
вещество, хорошо растворяется в воде, при этом выделяется большое
количество теплоты. При попадании на кожу вызывает химические
ожоги, а при длительном воздействии может вызывать язвы и экземы.
Сильно действует на слизистые оболочки. Опасно попадание едкого
натра в глаза. Предельно допустимая концентрация аэрозоля едкого
натра в воздухе рабочей зоны производственных помещений (ПДК)
0,5 мг/м3. Едкий натр относится к вредным веществам 2-го класса
опасности по ГОСТ 12.1.007.
кип
= 78,39
кип
= 68,7
Лабораторная работа 2
СИНТЕЗ ЭПОКСИДИРОВАННОГО ОЛИГОМЕРА
Вариант 1. Эпоксидирование растительного масла
Приборы, инструменты: колба трехгорлая 250 мл, термометр,
холодильник, перемешивающее устройство, капельная воронка,
делительная воронка, центрифуга.
Реактивы: растительное масло (соевое, рапсовое,
подсолнечное), пероксофосфовольфраматный каталитический
комплекс H3PW12O40, 30%-ный пероксид водорода.
14
Методика проведения работы
В круглодонную трехгорлую колбу, снабженную обратным
холодильником, термометром, механической мешалкой, загружают
предварительно проанализированное на содержание двойных связей
растительное масло 100 г (ИЧ = 120 г I2/100г), агент межфазного
переноса (четвертичная аммониевая соль – КАТАПАВ - 1,64 г или
Aliquat 336 - 0,87 г). После их смешения в реактор вводится заранее
приготовленный пероксофосфовольфраматный каталитический
комплекс (см. прил. 2). Ввод к маслу каталитического комплекса в
пероксиде водорода осуществляется равномерно с помощью
делительной воронки. Продолжительность ввода 30 мин. Колбуреактор нагревают с помощью водяной бани до Т = 50 °С. В процессе
реакции отбирают пробы через каждый час для определения
содержания Н2О2 в реакционной массе косвенным йодометрическим
титрованием (см. прил. 2). Реакцию останавливают при достижении
концентрацией Н2О2 значения 0,5% мас. Эпоксидированное масло
выделяют из реакционной массы центрифугированием.
Пример. Эпоксидированию подвергали сырое
(нерафинированное) рапсовое масло и рафинированное соевое масло.
Йодные числа исходных масел были 109,7 г, 117 г йода на 100 г масла
для рапсового и 133 г для соевого. Это соответствует 0,43 и 0,46
моль двойных связей (ДС) в рапсовом и 0,52 моль в соевом маслах.
Задание: 1. Проанализировать растительное масло на
содержание двойных связей методом Гануса (см.
прил. 2).
2. Приготовить пероксофосфовольфраматный
каталитический комплекс (см. прил. 2).
3. Написать уравнение реакции эпоксидирования
растительного масла пероксидом водорода.
4. Рассчитать необходимое количество реагентов в
граммах.
5. Провести реакцию эпоксидирования растительного
масла.
6. Определить содержание пероксида водорода в
реакционной массе (см. прил. 2).
15
7. Определить количество эпоксидного кислорода в
эпоксидированном продукте обратным титрованием
избытка HCl согласно методике, приведенной в
прил. 2.
8. Составить материальный баланс, данные оформить
в виде таблицы.
Вариант 2. Эпоксидирование циклоолефинов
Приборы, инструменты: колба трехгорлая 250 мл, термометр,
холодильник, перемешивающее устройство.
Реактивы: циклоолефин (циклогексен, циклооктен,
циклододецен), пероксофосфовольфраматный каталитический
комплекс H3PW12O40, пероксид водорода 30%-ный, Nгексадецилпиридиний хлорид.
Методика проведения работы
Метод А. В реактор при 20 0С одновременно загружают
0,026 ммоль H3PW12O40, 0,056-5,6 ммоль 31 %-ного Н2О2, 10 мл
соответствующего растворителя, 0,078 моль
ClQ
N-
гексадецилпиридиний хлорида, 18 ммоль олефина и с помощью
колбогрейки быстро нагревают (1-2 мин) до 65 0С. После чего
проводят реакцию при интенсивном перемешивании.
Метод Б. H3PW12O
(0,026 ммоль) предварительно
40
обрабатывают раствором 0,056–5,6 ммоль 30 %-ного Н2О2 в течение
0,5 ч при 40 0С. Полученный раствор переносят в реактор. Добавляют
растворитель, 0,078 моль
N-гексадецилпиридиний хлорида и
ClQ
выдерживают 0,5 ч при 20 0С. После введения 18 ммоль олефина
реактор нагревают до 65 0С и проводят реакцию при интенсивном
перемешивании. Длительность реакции зависит от выбранного
циклогексена. Определяется количество эпоксидного кислорода
согласно методике, приведенной в прил. 2. В табл. 5 приведено
ориентировочное время реакции эпоксидирования ряда
циклоолефинов.
16
Таблица 5
Циклоолефин
Время реакции, ч
Конверсия,
%
Селективность,
% Циклогексен
7
Циклооктен
0,15 Циклододецен
1,0
Приход
Расход
Наименование
Количество
Наименование
Количество
кг
% мас.
кг
% мас.
Итого
:
Итого
:
Эпоксидирование циклоолефинов в системе H3PW12O40-H2O2-N-
гексадецилпиридиний хлорид при 650С (18 ммоль олефина,
[олефин]:[Н2О2]=1:2 (моль/моль), 10 мл 1,2-дихлорэтана, 0,026 ммоль
H3PW12O40) [H3PW12O40]:[
ClQ ]=1:3 (моль/моль)
Задание: 1. Написать уравнение реакции эпоксидирования.
2. Рассчитать необходимое количество реагентов в
граммах.
3. Провести реакцию эпоксидирования циклоолефина.
4. Определить количество эпоксидного кислорода
согласно методике, приведенной в прил. 2.
5. Составить материальный баланс, данные оформить
в виде табл. 6.
6. Вычислить конверсию и селективность.
Таблица 6
Материальный баланс на изготовление 1 кг
эпоксидированного олигомера
ингредиента
1. Вольфрамат натрия двуводный Na2WO4×2H2O. Бесцветные
ромбические кристаллы, Тпл = 698 °С; плотность 4,18 г/см3; растворимость в
воде 42,2% при 20 °С, 49,2% при 100 °С.
2. Ортофосфорная кислота H3PO4. Тпл = 42,35 C, Т
ММ=98,0 г/моль. Плотность 1,685 г/см3. Неорганическая кислота средней
силы. При температуре выше 213°C она превращается в пирофосфорную
кислоту H4P2O7. Хорошо растворима в воде. Обычно ортофосфорной (или
ингредиента
Характеристики исходных, вспомогательных веществ:
17
= 158 C.
кип
просто фосфорной) кислотой называют 85%-ный водный раствор (бесцветная
сиропообразная жидкость без запаха). Растворима также в этаноле и других
растворителях.
3. Пероксид водорода Н2О2 Т
= 108 оС. Плотность 1,45 г/см3.
кип
Прозрачная бесцветная жидкость со слабым своеобразным запахом,
слабокислой реакции; разлагается под действием света, при нагревании или
соприкосновении со щелочью, окисляющими или восстанавливающими
веществами с выделением кислорода. Смешивается с водой во всех
соотношениях, растворим в спирте, эфире. Концентрированные водные
растворы пероксида водорода (пергидроль) взрывоопасны. Вызывает ожоги
кожи, слизистых оболочек и дыхательных путей. Является окислителем.
4. Циклогексен С6Н10. Т
= 83 0С, Т
кип
= -6 0С, Т
вспыш
самовосп
= 244 0С, Т
пл
= -104 0С Прозрачная жидкость, нерастворимая в воде.
5. Циклооктен С8Н14. Трансформа – Тпл = -590С, Т
= 1430С,
кип
показатель преломления 1,4741 (20°C), плотность 0,8472 г/см3 (20 °C);
цисформа – Тпл = -12 0С, Т
= 138 0С, показатель преломления 1,4698 (20
кип
°C), плотность 0,8472 г/см3 (20°C).
6. Циклододецен C12Н22. Т
= 100-103 0С (при 11 мм рт. ст.),
кип
показатель преломления 1,4864 (20 °C).
7. N-гексадецилпиридиний хлорид C21H38ClN×H2O. ММ = 358,00 г/моль.
Т пл = 80-83
0
С.
Лабораторная работа 3
СИНТЕЗ СЛОЖНОЭФИРНОГО ПЛАСТИФИКАТОРА
НА ОСНОВЕ ТЕРЕФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ
Вариант 1. Получение сложного эфира на основе
терефталевой кислоты, моноэтиленгликоля и 2-этилгексанола в
присутствии тетрабутоксититана при термическом нагреве
Приборы, инструменты: трехгорлая колба, термометр,
обратный холодильник, ловушка Дина-Старка, перемешивающее
устройство.
Реактивы: терефталевая кислота, моноэтиленгликоль,
тетрабутоксититан, 2-этилгексанол.
18
Методика проведения работы
Синтез сложного диэфира терефталевой кислоты (ТФК)
проводят в трехгорлой колбе, снабженной механической мешалкой,
обратным холодильником с насадкой Дина-Старка, в токе инертного
газа (азота) при 180-200 °С, нагрев до которой осуществляется с
помощью электрической плитки (рис. 2). В качестве спиртового
компонента используют моноэтиленгликоль (МЭГ) и 2-этилгексанол
(2-ЭГ) в мольном соотношении [ТФК]:[МЭГ]:[2-ЭГ] = 1:1:2. Синтез
осуществляют в присутствии катализатора тетрабутоксититана (ТБТ)
([kat]=0,045 моль/л). Расчет исходных реагентов ведут на 0,1 моль
ТФК. Процесс контролируют по изменению кислотного числа
реакционной массы (кислотное число определяется в соответствии с
методикой, приведенной в прил. 3). Общее время реакции составляет
6-7 ч. По окончании процесса проводят отгон легколетучих веществ
из реакционной массы в течение 1-2 ч при температуре 150-180 °С под
вакуумом водоструйного насоса при давлении 10 мм рт. ст.
Рис. 2. Установка синтеза сложного
эфира терефталевой кислоты
(термический нагрев):
1 – электрическая плитка;
2 – трехгорлая колба;
3 – механическая мешалка;
4 – ловушка Дина-Старка;
5 – обратный холодильник;
6 – термометр
Задание: 1. Написать уравнение реакции этерификации.
2. Рассчитать необходимое количество реагентов в
граммах.
3. Провести синтез сложного полиэфира.
4. Определить массы выделенных фракций и кубового
остатка.
5. Определить эфирное, кислотное и гидроксильное
число полученного эфира (согласно методике,
приведенной в прил. 3).
6. Составить материальный баланс.
19
Вариант 2. Получение сложного эфира путем
взаимодействия терефталевого ангидрида с бутанолом при
термическом нагреве в присутствии серной кислоты
Приборы, инструменты: трехгорлая колба, термометр,
обратный холодильник, ловушка Дина-Старка, воронка Бюхнера.
Реактивы: фталевый ангидрид, бутиловый спирт, серная
кислота (концентрированная), 20 %-ный раствор карбоната натрия,
безводный сульфат натрия.
Методика проведения работы
В реактор (рис. 2) помещают 0,1 моль терефталевого ангидрида,
0,23 моль бутилового спирта, 0,0031 моль H2SO4 (конц.). Включают
обогрев, температуру бани устанавливают таким образом, чтобы
реакционная масса умеренно кипела. За ходом реакции следят по
объему воды, скапливающейся в насадке Дина-Старка. По окончании
реакции, о чем свидетельствует прекращение выделения воды,
выключают обогрев реактора, реакционную массу охлаждают до
комнатной температуры и выгружают из реактора. В делительной
воронке реакционную массу промывают 20 %-ным водным раствором
карбоната натрия и водой. Количество промывных вод в каждой
промывке составляет 1/3 от объема реакционной массы. После каждой
промывки реакционной массе дают отстояться. Органический слой
отделяют от воды, сливают в коническую колбу, сушат над безводным
сульфатом натрия, фильтруют через воронку Бюхнера, перегоняют
под вакуумом. Выделяют фракцию с Ткип=206 °С/10 мм. рт. ст.
Задание: 1. Написать уравнение реакции этерификации.
2. Рассчитать необходимое количество реагентов в
граммах.
3. Провести синтез.
4. Определить массы всех выделенных фракций и
кубового остатка.
5. Определить эфирное, кислотное и гидроксильное
число полученного эфира (согласно методике,
приведенной в прил. 3).
6. Составить материальный баланс.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]