Лабораторна робота № 17

1. ТЕМА: Приготування та дослідження плівкоутворюючих речовин.

2. МЕТА: Отримати смолу із фталевого ангідриду та гліцерину і проаналізувати її.

До плівкоутворюючих відносяться речовини, які здатні при нанесенні їх на будь-яку поверхню висихати з утворенням твердої еластичної плівки. Вони використовуються для захисту металічних поверхонь від корозії, для фарбування різних предметів та споруд з наданням їм естетичного вигляду, для спеціального запобіжного фарбування підземних та підводних споруд, машин, кораблів, автотранспорту і ін. Плівка повинна бути добре зв’язана з поверхнею матеріалу, володіти високою механічною міцністю, еластичністю, газо- і водонепроникністю, нерозчинністю і не плавкістю.

Утворення плівки із вихідного розчину – це процеси переходу лінійних молекул у трьохмірні (просторові) структури, які в більшості випадків проходять в присутності каталізаторів. Просторові полімери утворюються зв’язуванням (“зшиванням”) лінійних довгих ланцюгів, об’єднаних один з одним хімічними зв’язками у вигляді поперечних містків із атомів або груп атомів. В таких полімерах як правило містки коротші в багато раз від основних ланцюгів. Сполуки з трьохмірною структурою різко відрізняються за властивостями від лінійних і розгалужених полімерів, а за великої кількості містків є твердими, неплавкими і не розчинними в різних розчинниках, стійкими до зовнішнього впливу (температура, світло).

Вихідними матеріалами, які використовуються для отримання лакофарбових покрить, як правило є високо полімерні сполуки з відносно низьким ступенем полімеризації і порівняно невеликою молекулярною масою. Це обумовлено необхідністю отримання розчинів з невеликою в’язкістю. Необхідні механічні, антикорозійні та інші властивості утворюючих плівок досягаються в результаті подальшої полімеризації вихідних високомолекулярних сполук, що проходить безпосередньо на обробленій поверхні. Отже, отримання плівкоутворювача в результаті реакції полімеризації або поліконденсації в більшості випадків є рідко фазний гомогенний процес, що здійснюється в обігріваючих реакторах змішування. Використання плівкоутворювачів являє собою складний багатофазний процес, в результаті якого рідка фаза плівкоутворювача перетворюється в гомогенну тверду фазу – при відсутності додаткових компонентів – або в тверду масу із декількох фаз, якщо до плівкоутворювача додати інші інгредієнти – фарби, наповнювачі, пластифікатори. Як плівкоутворювачі найчастіше використовують сполуки, які характеризуються високою полімеризаційною здатністю за звичайних умов. До таких речовин належать висихаючі масла, ефіри целюлози, синтетичні та натуральні каучуки, білки (клеї, желатин, казеїн), штучні та природні смоли, продукти переробки нафти, асфальти, пеки, каучук. Одними з найпоширеніших плівкоутворюючих речовин є лаки, тобто розчини високомолекулярних сполук в тому чи іншому розчиннику (спирт, ацетон, бензол, ксилол, скіпі дар, дихлоретан). Розчинник після нанесення плівки повинен легко і швидко випаровуватися. Залежно від природи плівкоутворювача, а також розчинника розрізняють смоляні або спиртові лаки, целюлозні та масляні. Плівкоутворюючі речовини використовують деколи в чистому вигляді, але частіше у вигляді фарб та емалей. Масляними фарбами називаються розтерті на оліфах суспензії різних мінеральних або органічних барвників (пігментів). Лаковими фарбами, або емалями, називаються пігменти, розтерті в лаках.

Придатність тих чи інших плівкоутворювачів для використання в різних умовах експлуатації виробів встановлюють на основі їх фізичних та хімічних властивостей. З фізичних властивостей найчастіше визначають колір, вологість, густина, в’язкість, розчинність, швидкість висихання, температура пом’якшення і коефіцієнт рефракції. Із хімічних властивостей найважливіше значення мають кислотне число, число омилення, ефірне число.

Гліфталеві та пентафталеві смоли отримують в результаті конденсації фталевої кислоти (або ангідриду) і багатоатомних спиртів: гліцерину, етиленгліколю та ін. Процес утворення смоли проходить через дві стадії: 1) утворення складних ефірів і 2) полімеризація і конденсація ефірів з утворенням високополімерних сполук (поліефірні смоли). Реакції між фталевим ангідридом і гліцерином спочатку приводить до утворення кислих ефірів. Ці ефіри містять і спиртові і кислотні групи, тому здатні до наступної реакції етерифікації з утворенням лінійних макромолекул (за температури не більше 180 0С )

•••- ООС-С6Н4-СООСН2-СНОН-СН2ООС-С6Н4-СОО -•••

При більш високій температурі уже на покритій лаком поверхні поліконденсація приводить до просторових структур.

3. РЕАКТИВИ І ОБЛАДНАННЯ

3.1 Скляний стакан (200-250 см3), скляна паличка, азбестова сітка, термометр, металічний лист; пробірка з пробкою, в яку вставлена скляна трубочка; конічна колба (250 см3); колба із зворотним холодильником, водяна баня.

3.2 Фталевий ангідрид, гліцерин, спирт, бензол, фенолфталеїн, 0,1 н спиртовий розчин КОН, суміш спирту і бензолу (1:1); 0,2 н розчин НСl.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Технологічний процес отримання гліфталевої смоли лінійної будови складається із сплавлення фталевого ангідриду з гліцерином за 110-130 0С, етерифікація до утворення моноефіору і поліконденсація за 150-160 0С. Стадія хімічних реакцій етерифікації і поліконденсації з утворенням лінійних полімерів відбувається в реакторі, що обігрівається, в розплаві реагентів, а потім в розплаві низькомолекулярних полімерних продуктів реакції. Цей гомогенний процес ускладнений гетерогенною стадією підведення реагентів – розчинення твердого фталевого ангідриду в гліцерині. Кінцева стадія – затвердіння отриманої смоли відбувається в приймачах. Реактор оснащений мішалкою та обігрівається високо киплячим органічним теплоносієм.

Лаки, отримані розчиненням гліфталевої смоли, в органічному розчиннику після нанесення на металічну поверхню і термообробки утворюють тверді полімерні плівки просторової структури. Гліфталеві і пентафталеві смоли рідко використовують в чистому вигляді для отримання лаків, тому що вони погано розчиняються в розчинниках і дають крихкі та недостатнь стійкі до корозії плівки. Тому для покрить використовують гліфталеві і пентафталеві смоли в різних композиціях, тобто модифіковані жирними кислотами рослинних масел, смоляними кислотами каніфолі. Такі покриття в результаті сумісної поліетерифікації і поліконденсації компонентів добре розчинні в органічних розчинниках, сумісні з пластифікаторами і маслами, тому дають порівняно міцну і еластичну плівку.

В скляний стакан ємністю 150-200 см3