酚醛缩聚反应动力学实验探究

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：这种生成支化或交联结构的缩聚反应称为体型缩聚。以1／C CH2 O为纵坐标，反应时间t为横坐标作图，说明酚醛树脂的反应动力学。表2-14实验数据记录及计算结果（续表）6.思考题试分析酚醛缩聚反应动力学曲线不是理想直线的原因。简述分别用酸、碱作为催化剂进行酚醛缩聚反应得到的聚合物有何不同。

1.实验目的

（1）掌握测定缩聚反应动力学级数的方法。

（2）学习用盐酸羟胺法测定甲醛的含量。

2.实验原理

酚醛树脂是苯酚和甲醛反应生成的缩聚物，是应用逐步聚合反应生成聚合物的最早例子之一。在缩聚反应中，由于存在多于两个官能团的单体，故能形成支化或交联等非线型结构产物。这种生成支化或交联结构的缩聚反应称为体型缩聚。当反应进行到一定程度时，有凝胶生成，可以通过单体不同的配比或控制反应程度得到性能不同的反应产物。

当以盐酸为催化剂，甲醛与苯酚的物质的量之比小于1时，苯酚同甲醛的反应分下列几个阶段进行。

羟甲基酚的生成：

二酚基甲烷的生成：

Novolak树脂的生成：

继续反应生成线型大分子：

对位和邻位的反应是无规律的，Novolak树脂的相对分子质量可以高达1 000左右。以上这些产物本身不能进一步反应生成交联产物，但当甲醛和苯酚的物质的量之比大于1时，则可得到体型产物。因此，需要再加入一定量甲醛或六次甲基四胺等作为交联剂。

当用碱作催化剂且甲醛与苯酚的物质的量之比大于1时，苯酚同甲醛的反应如下。

羟甲基酚或多羟甲基酚的生成：

通过甲基桥或醚链进一步缩合：

继续反应生成体型聚合物：

甲醛浓度的测定依据下列反应：

产生的HCl用标准碱溶液滴定即可用下式求出甲醛的浓度。

式中，C CH2 O为甲醛含量（g／m L）；V 0为空白滴定所消耗NaOH标准溶液的体积（m L）；V为滴定样品时消耗NaOH标准溶液的体积（m L）；C NaOH为标准溶液的浓度（mol／L）。

3.实验仪器及试剂

500 m L三口烧瓶、回流冷凝管、锥形瓶、移液管、试管、苯酚、甲醛溶液、氨水、乙醇、盐酸羟胺、NaOH标准溶液。

4.实验步骤

1）缩聚反应

（1）将47 g苯酚、80 m L质量分数为30%的甲醛溶液先后倒入装有搅拌器、回流冷凝管和温度计的500 m L三口烧瓶中，搅拌升温至97℃。立即取出5 m L混合物，放入一个清洁干燥的试管中，该样品编号为“00”。

（2）用2 m L移液管取1.0 m L质量分数为25%的氨水放入上述三口烧瓶中，搅拌均匀后立刻取样，该样品编号为“0”，此后在下列反应时刻：2 min、10 min、20 min、40 min、60 min、80 min、120 min，分别取样5 m L并依次编号。在整个取样过程中，瓶内反应物的温度要保持恒定。

2）样品滴定

（1）取出样品后，立刻将盛有样品的试管放入冷水中，使温度降至室温从而使反应停止。这时用移液管准确取1 m L样品液，放入事先准备好的乙醇（20 m L）和溴酚蓝（3滴）的混合溶液（10%乙醇溶液）中，这时溶液呈蓝色，用稀酸调p H值使指示剂刚好变为黄色。

（2）向上述含溴酚蓝指示剂的混合溶液中缓慢加入7 m L 10%NH 2 OH·HCl的水溶液（用滴定管加入），并混合均匀，静置10～20 min（所有样品静置时间一致），静置期间振荡1～3次，然后用0.3 mol／L的NaOH标准溶液进行滴定，当溶液颜色变为蓝色时停止滴定，并记录所耗NaOH标准液的体积V。

（3）对不同反应时刻的样品滴定两次后取平均值，并做空白实验作为对比，记录空白实验所耗NaOH标准液的体积V 0。

5.数据处理

（1）将实验过程中的数据记录在表2-14中，并根据式（2-14）计算甲醛含量。

（2）以1／C CH2 O为纵坐标，反应时间t为横坐标作图，说明酚醛树脂的反应动力学。

表2-14　实验数据记录及计算结果

（续表）

6.思考题

（1）试分析酚醛缩聚反应动力学曲线不是理想直线的原因。

（2）简述分别用酸、碱作为催化剂进行酚醛缩聚反应得到的聚合物有何不同。