成核剂1

山西大学

综合化学实验报告

实验名称成核剂1,3-2,4-二（3,4-二甲基亚苄基）-山梨醇的合成及热表征分析

学院化学化工学院

学生姓名史茹月宋佳佳

专业化学

学号 2013296043 2013296044

年级 2013级

指导教师王永钊

二Ο一六年五月十七日

成核剂1,3-2,4-二(3,4-二甲基亚苄基)-山梨醇的合成及热

分析表征

(山西大学化学化工学院史茹月宋佳佳)

【摘要】：以3,4-二甲基苯甲醛与山梨醇为原料，在催化剂的作用下，经醇醛缩合反应合成高纯的1,3-2,4-二（3,4-二甲基亚苄基）-山梨醇（DMDBS），通过热分析对产物进行表征,从而得到产物的热稳定性及纯度，并对影响产品质量及产率的因素进行研究。

【关键词】：山梨醇3,4-二甲基亚苄基成核剂醇醛缩合热分析失重率

一、实验目的

1. 通过实验掌握溶剂共沸脱水法合成山梨醇衍生物的实验方法及原理。

2. 通过对样品的热分析，认识热分析表征手段的基本原理与操作方法。

3. 通过实验系统认识从样品制备、纯化到表征过程，培养学生初步的科研思路。

二、实验原理

聚丙烯(PP)树脂具有力学性能好、无毒、相对密度低、耐热、耐化学药品和容易加工成型等优良特性，且价格低廉，已成为五大通用合成树脂中增长速度最快、新品种开发最为活跃的品种，广泛用于化工、化纤、建筑、轻工、家电、包装等领域。但PP制品透明性差，外观缺少美感，因此在透明材料领域的应用受到了极大的限制。

在PP中加入少量透明成核剂可使其透明性大幅度提高，经透明改性的PP 不仅承袭了质轻、价廉、卫生、耐高温、易于加工成型等优点，而且透明性和表面光泽度可与其它一些透明高分子树脂相媲美，性能价格比优于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)等树脂，热变形温度高，刚性好，屈服强度高，结晶速率快，加工性能好，使用范围广。因此，自20世纪80年代初在日本实现商业化以来，透明聚丙烯在全球得到迅速发展，已被广泛应用于透明包装、医疗器械、家庭用品等领域。透明成核剂的品种较多，全球使用量最大的是二亚苄基山梨糖醇(DibenzylideneSorbitol,DBS)及其衍生物类成核剂，约占成核剂总量的80%。

但在加工过程中发现，DBS容易蒸发和溢出，温度高时可析出，在加工设备表面结垢, 且透明效果不是十分理想，故市场受到一定的限制。为了克服这些缺点，人们通过在原料苯甲醛的芳环上引入取代基和侧链杂原子的方法合成DBS 的衍生物，取代基可以是苯环上任意位置的低级烷基、低级烷氧基、卤素原子等，可以是甲基、乙基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、卤素原子等基团中的任意一个或几个。引入取代基后的DBS衍生物对于PP有较好的增透效果，对于PP的力学性能也有一定改善。

实验采用溶剂共沸脱水法，以对3,4-二甲基苯甲醛与山梨醇为原料，经缩合反应合成1,3-2,4-二(3,4-二甲基亚苄基)-山梨醇(DMDBS)。反应实质上就是醇醛缩合反应。首先是醛上的羰基和催化剂提供的氢离子结合成亲电性的原子团，原子团又和醇上的羟基发生加成反应，脱去氢离子。两个醛分子和一个醇分子结合得到较稳定的目标产物。同时有副产物单苄叉山梨醇和三苄叉山梨醇生成，目标产物缩合反应过程如下：

图1. 合成反应方程式

DMDBS 缩合反应为液-液非均相催化反应。通过对反应规律的研究，发现在反应过程中，放热较少，在溶剂的回流温度下反应恒温进行，在反应初期，3,4-二甲基苯甲醛溶于反应溶剂，而山梨醇则不溶，此时反应体系成液-液非均相状态；在反应中期，随着缩醛化反应的进行，DMDBS 固体颗粒不断析出，反应体系呈液-液-固三相混合状态；在反应后期，有大量的MDBS 固体产物生成，因而反应体系变成凝胶状淤浆液，反应在凝胶状况下进行得很不完全，影响了DMDBS 的收率。为了提高转化率和选择性，必须保证反应在高效搅拌状态下进行，以确定反应物料具有良好的传质与混合效果，这是提高DMDBS 反应收率和选择性的关键。

热分析是研究物质随温度变化所发生的物理化学过程以及相应产生的性质状态变化的一种方法。这种分析方法应用广泛，国际热分析学会（成立于1965年，简称IOTA ）于1977年对热分析作了如下定义：热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。热分析技术种类很多，化学工作者比较常用的方法有（1）差热法（DTA ），（2）热重法（TG ）（包括微分热重（DTG ）），

（1）差示扫描量热法（DSC ）。

许多物理化学过程都伴随有热效应。而固-气和液-气体系在反应过程中又可出现固相或液相的质量变化。因此，可借助于对其热效应或质量的测量来了解过程的变化，从而解决研究中的一些问题。随着差热-热重方法联用的进展，用它们研究固态或液态反应动力学的工作日渐增多。这种方法的特点是由简单的实验曲线可以了解体系的变化过程和计算出物理化学参数，给研究者带来很大的方便。近年来随着电子技术的发展使这个方法向微量、快速等方面发展，使用领域也逐渐扩大。

（2）热重分析

热重分析是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。热重法实验得到的曲线称为热重（TG ）曲线。TG 曲线以温度作横坐标，以试样的失重作纵坐标，显示试样的绝对质量随温度的恒定升高而发生的一系列变化。这些变化表征了试样在不同温度范围内发生的挥发组分的挥发，以及在不同温度范围内发生的分解产物的挥发。

（3）差热分析（DTA ）和差示扫描量热分析（DSC ）

差热分析（DTA ）是在试样与参比物处于控制速率下进行加热或冷却地环境中，在相同地温度条件时，记录两者之间地温度差随时间或温度地变化。差示扫描量热分析（DSC ）记录地则是在二者之间建立零温度差所需地能量随时间或温度地变化。

三、实验仪器与试剂

1. 仪器

恒温加热磁力搅拌器，100 ml 三口烧瓶，分水器，回流冷凝管，抽滤瓶， 布氏漏斗， CH 2H

OH HO

H H

OH 2OH H OH

+2

CHO O O O O HO OH 3CH 33C HO

H 3C H 3C CH 3+2H 2O