Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza
Upload



















































OBTINEREA ALCOOLULUI POLIVINILIC

Chimie


Laborator: Tehnologia Sintezei Polimerilor



OBŢINEREA

ALCOOLULUI POLIVINILIC

Text Box: (                )


Hidroliza / Alcooliza

Poliacetatului de Vinil

           

1. ASPECTE TEORETICE

O particularitate a alcoolului polivinilic este aceea ca nu se obtine direct prin polimerizarea monomerului sau, ci printr-o reactie polimer-analoaga si anume prin hidroliza unui ester vinilic - polivinilacetatul. Explicatia rezida din faptul ca alcoolul vinilic, monomer cu formula celui mai simplu enol, nu a putut fi izolat deoarece tautomerizeaza spontan īn acetaldehida. De aceea, īn reactiile īn care ar trebui sa se formeze alcool polivinilic, se obtine direct acetaldehida (forma sa tautomera).

            Tautomerizarea are loc prin migrarea unui atom de hidrogen si deplasarea dublei legaturi. Stabilitatea acetaldehidei īn raport cu alcoolul vinilic se explica prin diferenta caldurii de formare care īn cazul acetaldehidei este cu 15 kcal mai mare decāt īn cazul alcoolului vinilic.

Alcoolul polivinilic se poate obtine deci din polivinilacetat, printr-o reactie de hidroliza. Īn practica īnsa, 22522o142w alcoolul polivinilic se obtine printr-o reactie de transesterificare cu diversi alcooli. Pentru obtinerea alcoolului polivinilic de uz industrial se foloseste metanol, iar īn cazul alcoolului polivinilic utilizat īn cosmetica si alimentara se utilizeaza etanol. Reactia poarta numele de alcooliza.

Alcooliza poliacetatului de vinil īn solutie

            Alcooliza poliacetatului de vinil poate avea loc fie prin cataliza acida (cu H2SO4, HCl etc.) la temperatura de aproximativ 80oC, fie prin cataliza bazica (cu NaOH, CH3ONa) la temperatura de cca. 35oC.

            Alcooliza acida prezinta o serie de dezavantaje care o fac sa nu se aplice industrial:

·        reactia decurge la o temperatura de minimum 80oC, temperatura la care produsul de reactie poate suferi degradari termice;

·        viteza de reactie este destul de mica astfel īncāt timpul de reactie este prea mare, procedeul fiind neeconomic;

·        reactia decurge statistic;

·        consumul de reactanti este mare;

·        alcoolul polivinilic obtinut este impurificat cu saruri rezultate din acidul sulfuric;

·        apar reactii secundare cum ar fi sulfonarea alcoolului polivinilic (care īn unele cazuri nu deranjeaza);

Alcooliza bazica prezinta o serie de avantaje precum:

·        Viteza mare de reactie;

·        Obtinerea structurilor bloc;

·        Temperaturi de reactie mai coborāte;



Alcooliza bazica elimina dezavantajele alcoolizei acide - de aceea este aplicata industrial folosindu-se doua procedee catalizate de baza:

- Procedeul sau metoda directa, care consta īn introducerea catalizatorului īn solutia metanolica de poliacetat de vinil.

- Procedeul sau metoda indirecta care consta īn introducerea treptata a poliacetatului de vinil īn solutia catalizator.

1.         Dezavantajul primului procedeu, consta īn aparitia unui gel tare īntr-o anumita faza a reactiei (la un grad de hidroliza de aproximativ 65 %) care īn reactoare cu agitare obisnuita, blocheaza reactorul. De aceea se folosesc malaxoare puternice.

Avantajul acestui procedeu este acela ca permite dirijarea gradului de hidroliza. Din cauza malaxarii energice, īn acest procedeu exista si pericolul degradarii mecanice a macromoleculelor, obtināndu-se un produs neomogen din punct de vedere al masei moleculare.

O varianta a acestui procedeu, consta īn introducerea īn masa de reactie a unor substante care sa deplaseze echilibrul reactiei cu o viteza mai mare, fie sa dezactiveze treptat catalizatorul dupa ce trece de faza de gel. Īn acest caz se pot folosi reactoare obisnuite.

1.    Astfel, daca se introduce acetat de metil (produs ce rezulta din reactia de alcooliza) faza de gel dureaza numai cāteva minute si are o consistenta care permite functionarea normala a agitatorului. Produsul obtinut este fin dispersat, iar gradul de hidroliza poate fi dirijat la valoarea dorita īn functie de raportul metanol/acetat de metil, deoarece acetatul de metil īn prezenta urmelor de apa, transforma treptat catalizatorul.

2.    Daca īn loc de acetat de metil se introduc cāteva procente de apa, se obtine acelasi rezultat, cu deosebirea ca granulele de alcool polivinilic obtinut sunt mai mari. Apa actioneaza īn sensul dezactivarii treptate a catalizatorului prin transformarea lui īn acetat de sodiu pe masura ce apare acetat de metil īn urma reactiei de alcooliza.

Combinānd aceste doua metode, adica introducānd  īn reactie si acetat de metil si apa (īn rapoarte bine determinate) se obtine un produs cu gradul de hidroliza dorit si cu granulatia dorita.

Faza de gel din acest procedeu, se poate evita numai daca se lucreaza cu concentratia de poliacetat de vinil de 2 - 5 % īn metanol, ceea ce ar necesita o capacitate enorma a reactoarelor, deci ar fi neeficient din punct de vedere economic.

De obicei, se lucreaza cu o concentratie de poliacetat de vinil de 20 - 30 % īn metanol dupa cum masa moleculara a poliacetatului de vinil este mai mare sau mai mica. La aceste concentatii faza de gel este inevitabila, consistenta si durata lui putānd fi ameliorate prin introducerea apei sau a acetatului de metil.

Faza de gel poate fi complet eliminata prin alcooliza poliacetatului de vinil īn suspensie.

2.         Al doilea procedeu de baza, care foloseste metoda indirecta de alcooliza, are avantajul ca pe parcursul reactiei nu mai apare faza de gel - deci nu necesita masuri tehnologice speciale - īn schimb, gradul de hidroliza nu poate fi dirijat deoarece, cantitatile mici de poliacetat de vinil introduse īn solutia de catalizator, sufera o alcooliza rapida si totala (98 - 99 %). Deci se aplica numai īn cazul cānd se doreste un grad de hidroliza maxim.

Reactiile ce au loc īn timpul alcoolizei sunt:

Mecanismul alcoolizei poliacetatului de vinil este prezentat īn continuare:

1.      Alcooliza īn mediu acid

2.      Alcooliza īn mediu bazic

Daca īn mediul de reactie exista apa, ultima faza nu mai este reversibila si se obtin ioni acetat care consuma catalizatorul transformāndu-l īn acetat de sodiu:

Alcoolul polivinilic, este un produs alb, cu granulatii diferite īn functie de metoda de fabricatie folosita, solubil īn apa; cānd gradul de hidroliza este mai mic de 95 %, este solubil īn amestec de apa si metanol.

Īn functie de gradul de hidroliza, alcoolul polivinilic are diferite īntrebuintari:

GH = 98 - 100 % - pentru fibre (cunoscut sub denumirea "Vinilon")

GH = 88 - 92 % - coloid de protectie, emulgator ("Vinilak" - Anglia)

GH = 75 - 88 % -adeziv ("Alvil" - Franta)

           

2. SUBSTANŢE NECESARE sI CONDIŢII DE REACŢIE

-        amestec de reactie: 150 g;

-        poliacetat de vinil solutie 20 % īn metanol;




-        hidroxid de sodiu (solutie metanolica) 0,4 % fata de poliacetatul de vinil pur (procente masice);

-        raport apa: NaOH = 9:1 sau 10:1 (raport molar);

-        temperatura de reactie: 35oC;

-        timp de reactie: 4 ore;

            3. MOD DE LUCRU

Pentru a obtine un alcool polivinilic cu grad de hidroliza īntre 88 - 92 % se utilizeaza procedeul alcoolizei poliacetatului de vinil folosind un sistem catalitic apa : NaOH īn raport 9:1 sau 10:1 (raport molar).

Hidroxidul de sodiu catalizeaza reactia de alcooliza a poliacetatului de vinil la alcool polivinilic prin intermediul ionului metoxid, iar apa catalizeaza reactia de transformare a acetatului de metil īn acetat de sodiu. Din echilibrul acestor doua reactii, reactia de alcooliza se opreste la  gradul dorit de 88 - 92 %, datorita epuizarii hidroxidului de sodiu.

Īn ceea ce priveste modul efectiv de lucru, poliacetatul de vinil se dizolva īn metanol sau se foloseste solutie de poliacetat de vinil cu o concentratie stiuta. Se corecteaza concentratia, diluāndu-se solutia pāna la 20 % poliacetat de vinil. Se pastreaza o parte din metanol pentru diluarea solutiei de NaOH.

Īn alcoolul metilic cu care se dilueaza solutia de poliacetat de vinil, se introduce apa īn raportul dat fata de NaOH si apoi solutia metanolica de poliacetat de vinil 20 % īn care se afla si apa, se introduce īn reactor.

Se porneste agitarea si se termostateaza timp de 20 minute la 35oC. Se ia cantitatatea necesara de solutie de NaOH cu o pipeta de 1-2 ml, se pune īntr-un pahar Berzelius de 50 īn care se afla metanol pentru diluare, se adauga 3-4 picaturi solutie 0,1 % fenolftaleina si se adauga īn portii mici peste solutia de poliacetat de vinil, fara a opri agitarea.

Prin introducerea solutiei de NaOH, datorita fenolftaleinei toata masa din reactor se coloreaza roz intens ceea ce dovedeste ca NaOH a difuzat uniform īn toata masa. Dupa 15 - 20 minute de la introducerea catalizatorului, apare faza de gel, care dureaza aproximativ 20 minute, īn functie de concentratia solutiei de poliacetat de vinil si cantitatea de apa introdusa.

Dupa acest interval, gelul se desface treptat si apare suspensia de alcool polivinilic (este insolubil īn metanol).

Pe masura ce creste cantitatea de suspensie de alcool polivinilic, care are culoare alba si īn acelasi timp datorita transformarii lente a NaOH īn acetat de sodiu, īntreaga masa de reactie trece de la roz intens la roz pal, pentru ca īn final, dupa 4 ore (catalizatorul fiind complet epuizat) culoarea sa devina complet alba. Din acest moment, reactia nu mai continua, asa ca se evacueaza suspensia de alcool polivinilic dupa ce se opreste agitarea.

Suspensia obtinuta se centrifugheaza, polimerul obtinut se spala bine cu metanol pentru īnlaturarea completa a acetatului de sodiu. Uscarea lui se face īn curent de aer la 40oC timp de 24 ore sau sub vid la 40oC timp de 6 ore.

Pe parcursul reactiei, īncepānd cu faza de gel, se pot lua probe pentru urmarirea cresterii gradului de hidroliza īn timp.

            4. TEST DE EVALUARE

  1. Cum se obtine alcoolul polivinilic?
  2. Care sunt dezavantajele catalizei acide īn cazul obtinerii alcoolului polivinilic?
  3. Prin ce se deosebeste cataliza acida de cea bazica?
  4. Cum ar trebui sa fie gradul de hidroliza al alcoolului polivinilic obtinut?
  5. Cum variaza solubilitatea functie de gradul de hidroliza?
  6. Gradul de hidroliza poate fi controlat? Cum?
  7. De ce se utilizeaza o solutie diluata de poliacetat de vinil si nu se utilizeaza una concentrata?
  8. Īn cazul hidrolizei bazice a poliacetatului de vinil se formeaza la un anumit grad de hidroliza (65 %) un gel greu de sfarāmat. Cum se formeaza acest gel?
  9.  Scrieti mecanismul de reactie a hidrolizei poliacetatului de vinil īn cataliza acida si bazica.













Document Info


Accesari: 12173
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul
in pagina web a site-ului tau.




Coduri - Postale, caen, cor

Politica de confidentialitate

Copyright © Contact (SCRIGROUP Int. 2019 )