LABORATORIUM Z KATALIZY HOMOGENICZNEJ I HETEROGENICZNEJ. Prowadzący: Przemysław Ledwoń. Miejsce ćwiczenia: Czerwona Chemia, sala nr 015

Transkrypt

1 TRZYMYWANIE ŻYWIC EPKSYDWYCH 1 PLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY KATEDRA FIZYKCHEMII I TECHNLGII PLIMERÓW TRZYMYWANIE ŻYWIC EPKSYDWYCH Prowadzący: Przemysław Ledwoń Miejsce ćwiczenia: Czerwona Chemia, sala nr 015 LABRATRIUM Z KATALIZY HMGENICZNEJ I HETERGENICZNEJ

2 TRZYMYWANIE ŻYWIC EPKSYDWYCH 2 I. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem otrzymywania żywic epoksydowych. Jednocześnie, ćwiczenie ma na celu zapoznanie się z rolą katalizatora na przebieg reakcji. II. WSTĘP TERETYCZNY Pierścień epoksydowy jest to silnie naprężony trójczłonowy pierścień heterocykliczny, składający się z atomu tlenu i dwóch atomów węgla. Taka budowa powoduje, że łatwo ulega różnym reakcjom chemicznym. Żywice epoksydowe są to związki zawierające w swojej budowie co najmniej dwie grupy epoksydowe. Mają stosunkowo niewielki ciężar cząsteczkowy, nie przekraczający Zazwyczaj są to ciecze lub łatwo topliwe ciała stałe. W obecności utwardzacza i katalizatora przechodzą w stan nietopliwy i nierozpuszczalny. Substratami najczęściej wykorzystywanymi do syntezy tego typu polimerów są epichlorohydryna i di lub wielowodorotlenowe fenole. Tworzenie liniowych żywic epoksydowych obejmuje reakcje addycji grup wodorotlenowych dianu z grupą epoksydową epichlorohydryny, odszczepienie się chlorowodoru i tworzenie się nowej grupy epoksydowej, dalsze reakcje addycji i kondensacji z tworzeniem się liniowych żywic epoksydowych. W pierwszym etapie ogrzewa się ich mieszaninę w obecności NaH. W reakcji addycji NaH działa jak katalizator, a w reakcji dehydrohalogenacji reaguje stechiometrycznie. W zależności od stosunku stechiometrycznego substratów otrzymuje się różne produkty. Przykładowa reakcja epichlorohydryny z bisfenolem A: H H + Cl H H Cl Cl H H + NaH H + NaCl + H 2 NaH H n

3 TRZYMYWANIE ŻYWIC EPKSYDWYCH 3 Żywice epoksydowe sieciują w wyniku reakcji grup epoksydowych ze środkiem sieciującym. Do utwardzania żywic epoksydowych najczęściej wykorzystywane są aminy pierwszo- i drugorzędowe oraz bezwodniki kwasów organicznych. III. WYKNANIE ĆWICZENIA Aparatura: Kolba trójszyjna (250 ml), chłodnica powietrzna, termometr, mieszadło, wkraplacz. dczynniki: - Żywica epoksydowa, - Epidian 5, - Dian techniczny, - Trietanoloamina - Dian techniczny - Epichlorohydryna, - Wodorotlenek sodu, - Kwas octowy. znaczenie liczby epoksydowej: - HCl w dioksanie - Fenoloftaleina - Wodorotlenek potasu Pomiary: Do kolby trójszyjnej o poj. 250 ml zaopatrzonej w termometr, mieszadło, chłodnicę powietrzną (50 cm) wprowadzić odważony dian i żywicę epoksydową Epidian 5 oraz katalizator trietanoloaminę. Zawartość kolby ogrzać do temperatury 150 C. znaczać liczbę epoksydową w odstępach 1 godzinnych. Reakcję uważa się za zakończoną gdy liczba epoksydowa osiągnie założoną wartość. Po reakcji gorącą żywicę wylać na metalową tacę. Do kolby trójszyjnej o poj. 250 ml zaopatrzonej w termometr, mieszadło, wprowadzić dian techniczny oraz epichlorohydrynę. Po uruchomieniu mieszadła substraty ogrzać do temperatury 40 C, po czym rozpocząć wkraplanie 10 % wodnego r-ru NaH. Wkraplanie prowadzić przez 40 min. zwiększając stopniowo temperaturę do 80 C (reakcja przebiega egzotermicznie). Następnie temperaturę podnieść do 95 C i prowadzić dalszą kondensację przez 2 godziny. Żywica zaczyna się wytrącać po min. kondensacji. Początkowo jest ona płynna, pod koniec reakcji staje się gęsta, ciastowata. Po zakończeniu kondensacji odciągnąć górną, wodną

4 TRZYMYWANIE ŻYWIC EPKSYDWYCH 4 warstwę ługów poreakcyjnych. Surową żywicę przemyć porcjami czystej, wrzącej wody. Do pierwszej porcji wody dodać kilka ml kwasu octowego w celu zobojętnienia nadmiaru NaH. Z kolby wyciągnąć stałą żywicę. Zbadać liczbę epoksydową. znaczenie liczby epoksydowej: Do kolby stożkowej o pojemności 100 ml naważa się na wadze analitycznej g badanej substancji i dodaje 25 ml odczynnika do oznaczenia LE (16 ml st. HCl w 1 l dioksanu). Po 1 godzinie miareczkuje się zawartość roztworem 0,2 molowym KH w alkoholu etylowym względem czerwieni krezolowej lub fenoloftaleiny. Jednocześnie wykonuje się ślepą próbę. IV. bliczenia bliczyć skład surowcowy zakładając, że: 1. Należy otrzymać 100 g żywicy epoksydowej twardej, straty wynoszą 5 %. 2. Liczba epoksydowa żywicy Epidiam 5 wynosi 0, Należy otrzymać żywicę epoksydową twardą o liczbie epoksydowej 0, Dodatek katalizatora trietanoloaminy wynosi 0,3 % wag. licząc na wsad. bliczyć skład surowcowy zakładając, że: 1. Należy otrzymać 100 g żywicy epoksydowej twardej, straty wynoszą 5 %. 2. Stosunek molowy dian/epichlorohydryna / NaH wynosi 1 / 1,2 / 1,6 znaczenie liczby epoksydowej: Liczba epoksydowa (LE) jest to ilość grup epoksydowych zawarta w 100 g próbki. LE obliczana jest ze wzoru: gdzie: V różnica objętości KH w ślepej i właściwej próbie n normalność roztworu KH f faktor m naważka V. PYTANIA KNTRLNE 1. Wymienić surowce stosowane do otrzymywania żywic epoksydowych. 2. pisać mechanizm reakcji dianu z epichlorohydryną ze szczególnym uwzględnieniem roli katalizatora. 3. Wymienić rodzaje utwardzaczy żywic epoksydowych, omówić ich wpływ na reakcję sieciowania, podać przykłady.

5 TRZYMYWANIE ŻYWIC EPKSYDWYCH 5 VI. LITERATURA 1. Praca zbiorowa pod redakcją Z. Floriańczyka i S. Penczka, Chemia Polimerów, tom I, ficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Praca zbiorowa pod redakcją Z. Floriańczyka i S. Penczka, Chemia Polimerów, tom II, ficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa W. Szlezyngier, Tworzywa Sztuczne, tom I, ficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów J. Pielichowski, P. Czub, P. Peneczek, Z. Bończa-Tomaszewski, Chemia i technologia żywic epoksydowych, Wydawnictwo WNT, 2002.