基树脂中的主要品种,也是热固性塑料中产量较大的一个品种,它的主要用途是做粘合剂,用于粘结木材和层压塑料;其次是制模塑粉、生产各种机械制件,食品用具、文具等。其制品的特点是色彩鲜艳,表面硬度较好,其缺点是吸水性大,耐冲击和耐温都较低。
脲醛树脂的缩聚反应及其结构非常复杂,它的反应因尿素和甲醛的比例、溶液的pH以及反应温度的不同而不同。一般尿素与甲醛的摩尔比1:1.3-2为宜。为调节反应的pH,常加入六次甲基四胺。根据要求,控制缩聚反应进行的程度,可制成线型的(A阶段),支链型的(B阶段)以及体型的(C阶段)各种不同结构的树脂。在实际生产中,总是将缩聚反应控制在A阶段,最多不超过B阶段,只是在最后一步产品成型中才使缩聚进行到C阶段,即形成体型结构,其反应可用下式示意:
OONH2HNH2NC+ HCHOOH2NCCH2OHHOH2CHNCHNCH2OH
继而羟甲基的羟基与氨基上的氢失水缩合为高分子:
N
H2COH+HNCH2OHNH2CNCH2OH+H2O三、主要试剂和仪器
仪器:搅拌器,三口烧瓶,冷凝管,温度计,恒温水浴锅,烧杯
试剂:尿素,甲醛,六次甲基四胺,苯二甲酸一酰脲固化剂,氨水,乙醇(95%)
四、实验步骤
1. 合成树脂
在250 mL三口烧瓶上装置搅拌器、温度计和回流冷凝管。在烧杯内称取50 g 甲醛水溶液,并用少量六次甲基四胺调节溶液pH到3左右,转移至三口烧瓶内,再加入24 g 尿素,搅拌5 min,水浴加热到70℃,反应30 min,加入固化剂苯二甲酸一酰脲固化剂0.8 g(有等摩尔比的邻苯二甲酸与尿素共熔而得),及12mL乙醇,继续在70℃反应15-20 min,得到无色透明溶液(或看到沉淀)用冷水冷却反应物,用氨水中和到pH=7.5稳定不变,溶液备用。
2. 浸渍干燥
将所得的溶液倾于培养皿内,用滤纸浸渍1min(两遍),必须分张进行,不能一次全部浸入,以保证浸匀,浸透足够的树脂,纸上多余树脂令其自行流下,在架上晾干一会立即送入70-80℃的烘箱中干燥到既不沾手,又不脆折的程度(约需10~15 min),然后取出保存于干燥器内以防吸水。
五、思考题
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1. 在制备脲醛树脂时,尿素与甲醛的摩尔比应控制在多少?为什么? 2. 制备脲醛树脂,常用哪种试剂调节pH?
六、参考文献
1. 复旦大学高分子科学系高分子科学研究所编,高分子实验技术.上海:复旦大学出版社,1996
实验八 苯乙烯与马来酸酐的交替共聚合
一、实验目的
1. 了解交替共聚物的结构。
2. 掌握苯乙烯与马来酸酐交替共聚的实施方法。
二、实验原理
带强推电子取代基的乙烯基单体与带强吸电子取代基的乙烯基单体组成的单体对进行共聚合反应时容易得到交替共聚物。关于其聚合反应机理目前有两种理论:“过渡态极性效应理论” 和“电子转移复合物均聚理论”。
“过渡态极性效应理论”认为,在反应过程中,链自由基和单体加成后形成因共振作用而稳定的过渡态。以苯乙烯/马来酸酐共聚合为例,因极性效应,苯乙烯自由基更易与马来酸酐单体形成稳定的共振过渡态,因而优先与马来酸酐进行交叉链增长反应;反之,马来酸酐自由基则优先与苯乙烯单体加成,结果得到交替共聚物。反应方程式如下:
OOOHCCH2CC+HCCOOCHCOH2CHCCHCHn 当这样的单体对在自由基引发下进行共聚合反应时:(1)当单体的组成比为1:1时,聚合反应速率最大;(2)不管单体组成比如何,总是得到交替共聚物;(3)加入Lewis酸可增强单体的吸电子性,从而提高聚合反应速率;(4)链转移剂的加入对聚合产物分子量的影响甚微。
三、仪器与试剂
仪器:恒温水浴,电动搅拌器,冷凝管,温度计(0~100°C),三口烧瓶 (250mL),抽滤装置
试剂:甲苯(75 mL),苯乙烯(2.9 mL),马来酸酐(2.50 g),AIBN(0.0050 g)
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四、实验步骤
在装有冷凝管、温度计与搅拌器的三口烧瓶中(见图1)分别加入75 mL甲苯、2.9 mL新蒸苯乙烯、2.5 g马来酸酐及0.0050 g AIBN,将反应混合物在室温下搅拌至反应物全部溶解成透明溶液,保持搅拌,将反应混合物加热升温至85~90℃,可观察到有苯乙烯-马来酸酐共聚物沉淀生成,反应1 h后停止加热,反应混合物冷却至室温后抽滤,所得白色粉末在60℃下真空干燥后,称重。
五、数据处理
m1w%??100% 式中:m0为单体总质量,m1为干燥后聚合物质量。
m0
六、思考题
1. 什么是交替共聚?哪些单体对聚合时容易得到交替共聚物?
2. 推断以下单体对进行自由基共聚合时,何者容易得到交替共聚物?为什么? (a)丙烯酰胺/丙烯腈;(b)乙烯/丙烯酸甲酯;(c)三氟氯乙烯/乙基乙烯基醚
七、参考文献
1.梁晖等主编. 高分子化学实验. 北京:化学工业出版社,2004
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