введение - Братский Государственный Университет

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждения
высшего профессионального образования
«Братский государственный университет»
А.Д. Синегибская
Высокомолекулярные соединения
Методические указания к выполнению лабораторных работ
по дисциплине
«Высокомолекулярные соединения»
Братск 2008
УДК 541.64
Высокомолекулярные соединения: методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Высокомолекулярные соединения» / А.Д. Синегибская –
Братск: ГОУВПО «БрГУ», 2008г - 23с
Лабораторный практикум содержит описание работ, посвященных синтезу фенолформальдегидной и карбамидоформальдегидной смол, а также основным методам их исследования. Каждая лабораторная работа состоит из краткого теоретического введения и практической части, включающей описание
методик экспериментальных работ.
Практикум предназначен для студентов, изучающих курс
«Высокомолекулярные соединения».
Печатается по решению редакционно-издательского совета
БрГУ
Рецензент: Ерофеева М.Р., к.х.н., зав. кафедрой экологии
ГОУВПО «БрГУ»
Отпечатано с оригинала автора
665709 г. Братск, ул. Макаренко, 40
ГОУВПО «Братский государственный университет»
Тираж 50 экз. заказ 57
2
Содержание:
Введение
1.
Рекомендации к выполнению лабораторных работ.
1.1.
Подготовка к работе.
1.2.
Выполнение работы.
1.3.
Требования к оформлению отчета.
2.
Лабораторная работа №1 «Синтез фенолформальдегидной смолы и лака на ее основе».
2.1.
Основные теоретические положения.
2.2.
Экспериментальная часть.
2.3.
Лабораторная посуда.
2.4.
Химические реактивы.
2.5.
Синтез фенолформальдегидной смолы.
2.6.
Определение выхода смолы.
2.7.
Приготовление лака на основе ФФС.
2.8.
Определение условной вязкости лака.
2.9.
Определение содержания растворителя, сухого
остатка в лаке.
3.
Вопросы для контроля знаний.
4.
Лабораторная работа №2 «Синтез карбамидоформальдегидной смолы».
4.1.
Основные теоретические положения.
4.2.
Экспериментальная часть.
4.3.
Приборы и лабораторная посуда.
4.4.
Химические реактивы.
4.5.
Синтез карбамидоформальдегидной смолы.
4.6.
Определение времени отверждения смолы.
4.7.
Определение сухого остатка смолы.
4.8.
Приготовление клеевой композиции на основе
КФС.
4.9.
Определение физико-химических характеристик
МФС.
4.9.1. Определение условной вязкости смолы.
5.
Вопросы для контроля знаний.
Список рекомендуемой литературы.
3
4
5
5
6
6
7
7
12
12
12
12
13
13
13
14
15
16
16
19
19
19
19
20
20
21
21
21
22
23
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторный практикум по химии высокомолекулярных
соединений - важная часть учебной программы, необходимая
для углубления и закрепления знаний студентов по дисциплине.
Приведенный в практикуме материал позволяет осуществить получение различных высокомолекулярных соединений,
определить их основные характеристики.
Конкретные задания по синтезу высокомолекулярных соединений составлены таким образом, что позволяют изучить
закономерности процессов получения фенолформальдегидной
и карбамидоформальдегидной смолы, их основные свойства, а
также производить необходимые расчеты.
Предлагаемый практикум дает возможность студентам не
только ознакомиться с различными методами синтеза высокомолекулярных соединений, но и выработать практические навыки в самостоятельной работе, научиться осмысливать полученные экспериментальные данные и делать из них необходимые
выводы.
4
1. РЕКОМЕНДАЦИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
При выполнении лабораторного практикума студенты знакомятся с синтезом поликонденсационных смол, методиками
определения физико-химических свойств синтезируемых смол и
правилами обработки результатов.
Целью лабораторного практикума является приобретение
навыков синтеза фенолформальдегидной и карбамидоформальдегидной смол и освоение методик определения физикохимических свойств синтезированных смол. Эта задача может
быть успешно решена только в том случае, если лабораторные
работы выполняются с достаточным пониманием сущности методик синтеза и определения физико-химических свойств полученных смол. Поэтому подготовка к выполнению лабораторной
работы является одним из важнейших этапов.
Для выполнения лабораторных работ студентам выдаются
необходимые методические указания и справочные данные.
1.1. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
При подготовке к работе рекомендуется придерживаться
следующего плана:
1. Прочитайте название работы, основные теоретические
положения и порядок выполнения работы. Выясните смысл всех
непонятных слов. Задача первого прочтения состоит в том, чтобы разобраться с последовательностью операций синтеза фенолформальдегидной и карбамидоформальдегидной смол, а
также определения их физико-химических свойств.
2. Ознакомьтесь с лабораторной посудой и приборами, которые предлагается использовать в работе.
3. Разберите формулы, выясните, какие величины и с какой
точностью будут определяться, каковы их размерности.
4. Начертите в лабораторном журнале таблицы, в которые
будут заноситься экспериментальные данные.
5. Продумайте, какой окончательный результат должен
быть получен в данной лабораторной работе.
5
Студенты допускаются к выполнению работы после проверки знаний в объеме вопросов для самопроверки.
1.2. ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
При выполнении работы вначале следует ознакомиться с
приборами или лабораторными установками, используемыми в
работе. Нужно установить их соответствие описанию, выполнить рекомендованную в описании последовательность действий по подготовке прибора к работе. После проведенной подготовки можно приступить к синтезу и анализу полученных
смол. Все записи при выполнении лабораторной работы должны
вестись исключительно в лабораторном журнале. В нем производятся все промежуточные расчеты и записываются окончательные результаты.
1.3. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА
1.В начале отчета формулируются цель и задачи работы.
2.Небольшое теоретическое введение в работу, раскрывающее суть работы.
3.Перечень оборудования и реактивов, используемые для
проведения работы.
4.Схема установки (прибора).
5.Расчетные формулы, как в символьном виде, так и с подставленными числами.
6.Выводы.
В выводах должны быть проанализированы полученные
результаты.
7.Оформленный отчет сдается преподавателю.
6
2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
СИНТЕЗ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ И
ЛАКА НА ЕЕ ОСНОВЕ
Цель работы: получить фенолформальдегидный олигомер
резольного типа, определить выход смолы, приготовить лак на
основе фенолформальдегидной смолы, определить условную
вязкость и содержание растворителя в лаке.
2.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Известно, что фенолформальдегидные смолы были первыми полимерами, созданными человеком 100 лет назад. Даже
сегодня, при всем многообразии полимеров, ФФС занимают весомое место в общем объеме мирового производства синтетических смол. В настоящее время интенсивно развивается индустрия пористых и волокнистых материалов, используемых буквально во всех отраслях промышленного и гражданского строительства: пенофенопласты, стекломаты и сотопласты на фенольных связующих, древесностружечные и древесноволокнистые плиты, фанера и т.п.
Фенольные смолы получают взаимодействием фенолов с
альдегидами, главным образом с формальдегидом.
Фенолы – это ароматические соединения, у которых
непосредственно с ароматическим ядром соединена гидроксильная группа, С6Н5ОН
ОН
молекулярный вес
плотность,  445 , г/см3
показатель преломления,
температура плавления, 0С
температура кипения, 0С
7
94,11
1,0545
n D45
1,54027
40,9
182,2
Фенолы – это слабые кислоты, они легко растворяются в
водном растворе гидроксида натрия, но нерастворимы в водном
растворе карбоната натрия. Фенолы – твердые бесцветные вещества (за исключением нескольких жидких алкилфенолов).
Фенол хорошо растворяется в полярных органических растворителях и плохо в неполярных алифатических углеводородах;
кристаллизуется в форме бесцветных призм. Под действием
кислорода воздуха фенол приобретает красноватую окраску,
особенно быстро в тех случаях, когда он содержит следы меди
или железа. Фенол ядовит. При длительном действии на кожу
даже разбавленные растворы его могут вызвать долго незаживающие поражения. Поэтому при измельчении фенола необходимо надевать резиновый фартук и перчатки, а лицо защищать
маской из органического стекла. При попадании фенола на кожу
его необходимо тщательно смыть тампоном, смоченным спиртом.
Формальдегид (муравьиный альдегид) Н – С = О (Н2СО)
Н
молекулярный вес
плотность,  20 , г/см3
температура плавления, 0С
температура кипения, 0С
30,023
0,8153
-118
-19,2
Газ со своеобразным запахом, легко растворимый в воде и
водном растворе метилового спирта. Получается и применяется
в виде водного раствора – формалина, содержащего около 40 г
формальдегида в 100 мл воды.
Формальдегид – едкий, раздражающий слизистые оболочки газ, в растворе находится почти исключительно в виде
моно – и олигометиленгликолей:
НО-СН2-ОН и НО[-СН2-Оn-1]-CН2-ОН
В водных растворах доля негидратированного формальдегида (СН2О) очень мала (  0,001%)
При длительном хранении, низкой температуре и высокой
концентрации формальдегида из формалина выпадает полимер –
параформ, представляющий собой смесь полиоксиметиленгли-
8
колей Сn = 8  100, который способен при нагревании расщепляться до метиленгликоля и растворяться в формалине.
Формалин всегда содержит немного муравьиной кислоты,
количество которой увеличивается со временем вследствие
окисления формальдегида.
Формальдегид сильно действует на слизистые оболочки и
дыхательные пути, вызывает раздражение кожи. Присутствие в
формалине метилового спирта может оказать вредное действие
на центральную нервную систему и зрение.
Работу с формальдегидом следует проводить в вытяжном
шкафу. Заполнение пипетки формалином необходимо производить только с помощью резиновой груши. При попадании формалина на кожу или слизистые оболочки следует промыть водой, 2 % раствором соды и снова водой.
Выпадение полимера замедляется при добавлении в раствор метилового спирта, который образует, монометиловые
эфиры полиоксиметиленгликолей и препятствует дальнейшему
росту молекул полимера.
На строение продуктов взаимодействия фенола с формальдегидом большое влияние оказывают условия проведения
реакции и, в первую очередь, рН среды и температура реакционной смеси. Эта реакция включает три основных стадии: присоединение формальдегида к фенолу (I), рост цепи (или образование форполимера) при температуре ниже 1000С (II) и, наконец, отверждение (или сшивание) при температуре, превышающей 1000С. В зависимости от рН среды в результате реакции
образуются два принципиально отличающихся друг от друга
форполимера новолаки и резолы.
Новолаки получают кондесацией фенола с формальдегидом в кислой среде, обычно при мольном соотношении формальдегида с фенолом (0,75  0,85). Новолаки представляют собой термопластичные т.е. растворимые и плавкие, низкомолекулярные (М  2000) смолы преимущественно линейного строения
с метиленовыми группами между фенольными ядрами. Такие
смолы отверждаются только с помощью отвердителя, в качестве
которого обычно применяют гексаметилентетрамин (ГМТА).
Отвержденные смолы - нерастворимые и неплавкие продукты.
9
ОН
СН2ОН
о - оксибензиловый спирт
(I)
ОН
ОН
+ СН2О
C6 Н 5ОН
избыток
фенола
кислая
среда


СН2ОН
n- оксибензиловый спирт
Образовавшиеся спирты реагируют друг с другом за счет
гидроксила метилольных групп и незамещенных атомов водорода бензольного кольца в орто - и пара-положениях (1).
Одновременно метилольные группы могут взаимодействовать между собой с выделением формальдегида и воды и
образованием метиленовой связи (2).
ОН
ОН
+
ОН
СН2
СН2ОН
Н 2О


+
ОН
|
СН2 ОН
ОН
СН2ОН
СН2 ОНН
Н ОН2С
ОН
|
(1)
ОН
|
СН2

 Н2О+СН2О+
(II)
ОН
|
(2)
В результате в смолах появляется периодически повторяющийся фрагмент молекулы (III):
10
ОН
(III)
CН2
п
Резолы получают конденсацией фенола с формальдегидом в щелочной среде, как правило, при избытке формальдегида
(III). Так, в производстве технических резолов мольное соотношение фенола и формальдегида обычно составляет (1,0  3,0).
Резолы представляют собой термоактивные низкомолекулярные
смолы, сотоящие в основном из моно – и полиядерных гидроксиметилфенолов (ГМФ), которые стабильны при комнатной
температуре, но под действием тепла и (или) кислот превращаются в сшитый, нерастворимый и неплавкий полимер (резит).
Главным недостатком резолов является их ограниченная стабильность при хранении.В полностью отвержденных ФФС фенольные ядра соединены между собой преимущественно термодинамически наиболее стабильными СН2 – группами. Теоретически для образования совершенной трехмерной структуры на 1
моль фенола требуется 1,5 моль формальдегида.
Формула резола представлена ниже (IV):
…
ОН
ОН
ОН
СН2
СН2
СН2
СН2ОН
СН2
СН2 ...
.
…
(IV)
СН2ОН
СН2ОН
СН2
ОН
ОН
ОН
СН2ОН
Однако на практике нередко для того, чтобы улучшить
определенные показатели резольных смол (например, снизить
содержание свободного фенола), используют более высокое
мольное соотношение формальдегида и фенола – приблизительно 1,6: 1.
11
2.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.3. ЛАБОРАТОРНАЯ ПОСУДА:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
колба круглодонная на 200 см3,
обратный холодильник,
фарфоровые чашки,
тигли,
пипетка на 1 см3,
вискозиметр ВЗ – 4,
водяная баня,
химический стакан емкостью 100 см3,
вакуум-сушильный шкаф.
2.4. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТИВЫ:
1.
2.
3.
4.
фенол (технический),
формалин (технический),
раствор аммиака (30 % раствор),
ацетон.
2.5. СИНТЕЗ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ
(ФФС)
В круглодонную колбу на 200 см3, снабженную обратным
холодильником помещают 9,4 г фенола, 9 г формальдегида добавляют 1 см3 концентрированного аммиака, тщательно перемешивают. Смесь нагревают на водяной бане с обратным холодильником. Через 15-20 минут после нагревания смесь начинает
мутнеть и затем расслаиваться. Как только будет четко видно
разделение двух слоев, нагревание прекращают и содержимое
колбы переносят в предварительно взвешенную фарфоровую
чашку. Смесь охлаждают, затем сливают верхний слой, и нижний слой-продукт поликонденсации промывают несколько раз
водой до нейтральной реакции по индикаторной бумаге. Чашечку со смолой взвешивают и определяют количество синтезированной смолы.
12
2.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫХОДА СМОЛЫ
В предварительно взвешенный тигель помещают 1 г фенолформальдегидной смолы, ставят в сушильный шкаф и выдерживают при температуре не выше 1000  50 С в течение часа.
Выход смолы рассчитывают по формуле:

а3  а 0
*100 (%) , где
а1  а2
А1 и а2 - вес исходных фенола и формальдегида, пошедших на получение 1 г смолы (г),
а3 - вес тигля со смолой после высушивания, (г)
а0 - вес пустого тигля, (г)
2.7. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЛАКА НА ОСНОВЕ ФФС
Необходимо рассчитать количество ацетона для получения 30% раствора ФФС. К полученной смоле небольшими порциями приливают ацетон, каждый раз, тщательно перемешивая
стеклянной палочкой.
Определяют условную вязкость лака.
2.8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОЙ ВЯЗКОСТИ ЛАКА
Условной вязкостью лакокрасочного материала называют
время истечения в секундах определенного объема жидкости
через калиброванное отверстие сопла вискозиметра при определенной температуре.
Перед каждым определением условной вязкости резервуар вискозиметра тщательно промывают растворителем, а затем
сушат на воздухе. Сопло просматривается на свет, если необходимо дополнительно промывают.
Испытуемый лак тщательно перемешивают и оставляют в
течение 5-10 минут для выхода пузырьков воздуха.
Прибор устанавливают горизонтально. Под вискозиметром
ставят сосуд емкостью не менее 100 cм3. Отверстие сопла закрывают и заполняют вискозиметр в уровень с краями испытуемым лаком. Открывают отверстие сопла и одновременно вклю-
13
чают секундомер. Секундомер останавливают в момент появления прерывающейся струи жидкости. Время в секундах, пошедшее на истечение лака из вискозиметра, является условной
вязкостью.
2.9.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ РАСТВОРИТЕЛЯ,
СУХОГО ОСТАТКА В ЛАКЕ
Во взвешенный фарфоровый тигель загружают 2 г приготовленного лака, тигель помещают в водяную баню и выдерживают в течение 1 часа при температуре 1000  50С до потери
растворителя.
Содержание растворителя (%) вычисляют по формуле:
Х
А1  А2
*100
А1  А0
(%), где:
А0 - вес пустого тигля, (г)
А1 - вес тигля с лаком до сушки, (г)
А2 - вес тигля с лаком после сушки, (г)
Содержание сухого остатка вычисляют по формуле:
У  100  Х (%), где:
Х - содержание растворителя в лаке, (%)
У - содержание сухого остатка, (%)
Полученные результаты сводят в таблицу:
Экспериментальные данные
Таблица 1.
Смола
Выход
Содержание
Содержание Условсмолы
растворителя сухого
ная вязР, (%)
Х, (%)
остатка
кость
У, (%)
лака по
ВЗ-4
 , сек
14
3. ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ:
1. Дайте определение реакции поликонденсации.
2. Чем отличается реакция поликонденсации от реакции полимеризации.
3. Как зависит структура образующихся продуктов
от природы исходных мономеров?
4. В каких условиях и при каком соотношении реагентов получаются новолачные и резольные ФФС?
5. Какие полимеры относятся к термопластичным, а
какие к термореактивным?
6. Применения ФФС в деревообрабатывающей промышленности. Приведите примеры.
15
4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
СИНТЕЗ
КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: получить карбамидоформальдегидный
олигомер и определить условную вязкость, время отверждения и
приготовить клеевую композицию на его основе.
4.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Мочевина (карбамид) Н4СОN2
Н2N – C – NH2
О
молекулярный вес
плотность,  420
температура плавления, 0С
60,06
1,335
132,7
Бесцветные длинные иглы или плоские призмы. Достаточно устойчива при температуре плавления, но при более высокой температуре разлагается, выделяя аммиак и буреет:
2СО(NH2)2 → NH3 + H2N – C – NH – C – NH2
О
О
В 100 г воды при 200С растворяется 105 г карбамида, при
1000С – 745 г, в 100 г спирта при 150С 20 г и при 1000С – 100г.
Почти не растворяется в эфире, хлороформе, бензоле. Водные
растворы карбамида имеют нейтральную реакцию на лакмус, но
наличие NH2 – группы обуславливает слабый основной характер: константа ионизации К25 = 1,5*10-14.
Мочевину очищают от примесей перекристаллизацией из
воды или спирта.
В щелочной среде (рН = 11  13) из карбамида и формальдегида независимо от соотношения компонентов образуются
монометилолмочевина:
16
Н2N-C-NH2 + CH2O ↔ H2N – C - NHCH2OH
О
О
В случае проведения реакции в нейтральной или слабощелочной среде (рН 7  8) карбамид с формальдегидом в зависимости от исходного соотношения компонентов и температуры также образуют моно – и диметилолмочевину.
При 20-500С и мольном соотношении карбамид: формальдегид 1:1 образуется монометилолмочевина, которая при
более высокой температуре превращается в смолу линейного
строения. При 20 – 750С и мольном соотношении мочевина:
формальдегид = 1:2 образуется диметилолмочевина.
NH2
NH-CH2OH
C=O
+
2CH2O → C = O
NH2
NH-CH2OH
Растворимые в воде карбамидо-формальдегидные олигомеры образуются при нагревании водных слабокислых (рН =
4,5  6,0) растворов моно – и диметилолмочевины. Монометилолмочевина обладает большей реакционной способносьтью,
тогда как диметилолмочевина является гораздо более стойким
соединением и ее молекулы реагируют друг с другом крайне
медленно.
Механизм образования олигомеров сложен и недостаточно изучен. При последующей ступенчатой конденсации образуются карбамидоформальдегидные олигомеры линейного и развевленного строения, а также олигомеры, содержащие в макромолекулах циклические звенья. В промышленности синтез олигомеров проводят в две стадии. Сначала получают метилольные
производные карбамида в нейтральной или слабощелочной среде, с тем чтобы избежать образование метиленмочевин, а затем
проводят их поликонденсацию в слабокислой среде. В слабокислой среде предотвращается чрезмерное нарастание вязкости
олигомера и преждевременное гелеобразование (особенно на
стадии сушки).
Поскольку характер образующихся продуктов зависит от
величины рН, которая в ходе процесса поликонденсации меня-
17
ется за счет расходования карбамида и окисления формальдегида, очень важен контроль и регулирование рН реакционной
среды.
На протекания процесса поликонденсации благоприятное
влияние оказывает присутствие воды (проведение процесса в
водных средах), которая препятствует отщеплению воды от метилолмочевин и тем самым удерживает их от перехода в метиленмочевины.
Отверждение олигомеров, т.е. переход их в неплавкое и
нерастворимое состояние, происходит в результате образования
метиленовых и эфирных мостиков между соседними молекулами.
Процесс отверждения ускоряется в присутствии кислотных катализаторов и с повышением температуры. Полимеры,
отвержденные при низких температурах даже в присутствии
значительных количеств катализатора, имеют пониженную водостойкость. Лучшая водостойкость достигается при условии
отверждения мочевиноформальдегидных олигомеров при
130  1400С. В качестве катализаторов используют как органические (щавелевая, фталевая и др.), так и минеральные (фосфорная, соляная) кислоты и некоторые соли (хлористый аммоний,
хлористый цинк). Однако полимеры, полученные даже при оптимальном режиме отверждения (температура 120  1400С, катализатор), частично разлагаются под действием горячей воды
или водных растворов. Это указывает на недостаточную разветвленность цепей и малое количество поперечных связей.
Характерной особенностью карбамидоформальдегидных
полимеров (в отличие от фенолформальдегидных) является то,
что они прозрачны даже тогда, когда в них содержится 10  15 %
воды. Вода находится в полимере в диспергированном состоянии и химически не связана с ним. Она постепенно испаряется
даже при комнатной температуре, причем происходит усадка и
растрескивание материала. Поэтому для удержания некоторого
количества воды в карбамидоформальдегидный олигомер вводят гидрофильные добавки (поливиниловый спирт, крахмал,
белковые вещества) и твердые наполнители (например, древесную муку), препятствующие усадке полимера.
18
4.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
4.3. ПРИБОРЫ И ЛАБОРАТОРНАЯ ПОСУДА:
1.трехгорлая колба на 200 см3 с механической мешалкой;
2.стакан на 100-200 см3;
3.термометр на 1000С;
4.обратный холодильник;
5.вискозиметр ВЗ-4;
6.эксикатор;
7.толстостенная пробирка на 15-20 см3;
8.секундомер.
4.4. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТИВЫ:
1.карбамид;
2.формалин;
3.2н раствор гидроксида натрия;
4.хлорид аммония сухой;
5.щавелевая кислота сухая;
6.универсальная индикаторная бумага;
4.5. СИНТЕЗ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ
В круглодонную трехгорлую колбу емкостью 200 см3,
снабженную обратным холодильником, мешалкой и термометром наливают 35 мл 40%-ного формалина, который нейтрализуют 2н раствором гидроксида натрия до рН = 7,0 и добавляют
небольшими порциями 12 г измельченного карбамида при работающей мешалке. После полного растворения карбамида проверяют рН раствора и содержимое колбы нагревают на асбестовой
сетке так, чтобы довести его до кипения в течение 10-15 минут.
Момент достижения 700С принимают за начало первой стадии
конденсации, которая при спокойном кипении продолжается 30
минут. Перед окончанием этой стадии проверяют рН раствора,
который должен равняться 6,2-6,4.
19
4.6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ОТВЕРЖДЕНИЯ СМОЛЫ
В стакан на 100 см3 помещают 5,0 г смолы при 200С, добавляют 0,05г (1%) мелко измельченного сухого хлорида аммония и тщательно перемешивают стеклянной палочкой в течение
5 минут. В пробирку диаметром 16 мм переносят 2 г раствора и
опускают ее в кипящую водяную баню так, чтобы уровень раствора в пробирке был на 10-20 мм ниже уровня воды в водяной
бане, и включают секундомер. Раствор непрерывно перемешивают стеклянной палочкой до начала желатинизации. Время от
момента погружения пробирки в кипящую воду до момента желатинизации клеевого раствора принимают за время отверждения смолы (ГОСТ 14231 – 69). Пробирку быстро освобождают
от смолы, чтобы смесь не затвердела.
4.7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУХОГО ОСТАТКА СМОЛЫ
В предварительно взвешенную фарфоровую чашку помещают 5,0 г смолы. Покачиванием распределяют смолу равномерным слоем и помещают в сушильный шкаф, и выдерживают
при температуре 100  50С в течение 1-2 часов. Чашку после
охлаждения взвешивают. Массу сухого остатка смолы определяют по формуле:
Х 
m1  m0
 100
m2  m0
(%) , где:
m1- масса чашки с остатком после высушивания;
m2-масса чашки со смолой до высушивания;
m0-масса пустой чашки;
Количество растворителя определяют по формуле:
У  100  Х (%)
20
4.8. ПРИГОТОВЛЕНИЕ КЛЕЕВОЙ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ КАРБАМИДОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ
К навеске смолы 20 г в стакан на 100 см3 добавляют 50-60
мг щавелевой кислоты и тщательно перемешивают, добавляют
4,0 г каолина и вновь тщательно перемешивают, вносят 0,5 г
древесной муки, после перемешивания еще 4,0 г каолина и
вновь перемешивают.
Проверяют клеящую способность полученного состава на
двух кусочках дерева или двух листках плотной бумаги. Если
имеет место твердое соединение, значит, приготовлена хорошая
клеящая композиция на основе мочевиноформальдегидной смолы.
4.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОЧЕВИНОФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ СМОЛЫ
4.9.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОЙ ВЯЗКОСТИ СМОЛЫ
Условной вязкостью смолы называется время истечения в
секундах определенного объема жидкости через калиброванное
сопло вискозиметра при комнатной температуре.
Перед каждым определением условной вязкости резервуар вискозиметра тщательно промывают растворителем, а затем
сушат на воздухе. Сопло просматривают на свет, если необходимо, дополнительно промывают. Испытуемую смолу тщательно перемешивают и оставляют в течение 5-10 минут для выхода
пузырьков газа (воздуха). Прибор устанавливают в горизонтальном положении. Под вискозиметр ставят сосуд емкостью не
менее 100 см3. Отверстие сопла закрывают и наполняют вискозиметр в уровень с краями испытуемой смолой при комнатной
температуре. Открывают отверстие сопла и одновременно с появлением жидкости из сопла пускают секундомер. Секундомер
останавливают в момент появления прерывающейся струи смолы.
Время в секундах, пошедшее на истечение смолы из вискозиметра является условной вязкостью вещества.
21
Полученные результаты сводят в таблицу
Экспериментальные данные:
Смола
Условная
вязкость
смолы по
ВЗ – 4
 , сек
Время
отверждения,
сек
Сухой
остаток,
%
Таблица 1
Количество
растворителя,
%
5. ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
1.Какое строение должны иметь мономеры, вступающие в
реакцию поликонденсации?
2.Охарактеризуйте способы проведения поликонденсации?
3.Как влияют концентрация мономера и температура на
процесс поликонденсации?
4.Какие факторы влияют на молекулярную массу поликонденсационных полимеров?
5.Почему молекулярная масса поликонденсационных
полимеров значительно меньше, чем полимеризационных?
6.Какие побочные реакции протекают в процессе поликонденсации?
7. Охарактеризуйте основные способы проведения поликонденсации.
8. Применения КФС в деревообрабатывающей промышленности. Приведите примеры.
22
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коршак В.В.., Технология пластических масс, М.:
Химия 1972г., с.616
2. Николаев А.Ф., Технология пластических масс, Л.:
Химия 1977г., с. 368
3. Щеголев В.П., Высокомолекулярные соединения,
применяемые в деревообрабатывающей промышленности,
РИО ЛТЛ 1972г., с.122
4. Шур А.М., Высокомолекулярные соединения, 3-е
изд. переработано и дополнено, М.: Высшая школа 1981г.,
с.43-81
23