聚乙烯醇縮甲醛的制備（精選課件)

1、聚乙烯醇縮甲醛的制備聚乙烯醇縮甲醛（膠水)的制備1、 實驗?zāi)康牧私饩垡蚁┐伎s甲醛化學(xué)反應(yīng)的原理,并制備紅旗牌膠水。以聚乙烯醇和甲醛為原料制備聚乙烯醇縮甲醛膠水,了解聚 合物的化學(xué)反應(yīng)特點2、 實驗原理 聚乙烯醇縮甲醛膠(商品名107膠)是一種目前廣泛使用的合成膠水， 無色透明溶液，易溶于水。與傳統(tǒng)的漿糊相比具有許多優(yōu)點1：、初粘性好,特別適合于牛皮紙和其它紙張的粘合;、粘合力強;、貯存穩(wěn)定，長久放置不變質(zhì)；、生產(chǎn)成本低廉。國內(nèi)有許多廠家生產(chǎn)此膠水。因此廣泛應(yīng)用于多種壁紙、纖維墻布、瓷磚粘貼、內(nèi)墻涂料及多種膩子膠的粘合劑等。近年來,為了適應(yīng)市場需求人們對聚乙烯醇縮甲醛膠粘劑進行了大量的改性研究，

2、無論在合成工藝上還是在膠液的性能方面都有顯著的提高。本實驗以聚乙烯醇縮甲醛為例， 我們對其合成過程所用的催化劑、縮合溫度等對膠水質(zhì)量有影響的因素進行了試驗研究和探討,摸索出更佳更合理的工藝條件。.聚乙烯醇縮甲醛是利用聚乙烯醇與甲醛在鹽酸催化作用下而制得的,其反應(yīng)如下: 聚乙烯醇縮醛化機理: 聚乙烯醇是水溶性的高聚物,如果用甲醛將它進行部分縮醛化，隨著縮醛度的增加,水溶液愈差，作為維尼綸纖維用的聚乙烯醇縮甲醛其縮醛度控制在35左右，它不溶于水，是性能優(yōu)良的合成纖維。. 本實驗是合成水溶性的聚乙烯醇縮甲醛，即膠水。反應(yīng)過程中需要控制較低的縮醛度以保持產(chǎn)物的水溶性，若反應(yīng)過于猛烈，則會造成局部縮醛度

3、過高，導(dǎo)致不溶于水的物質(zhì)存在，影響膠水質(zhì)量。因此在反應(yīng)過程中,特別注意要嚴(yán)格控制崐催化劑用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間及反應(yīng)物比例等因素。. 聚乙烯醇縮甲醛隨縮醛化程度的不同，性質(zhì)和用途各有所不同,它能溶于甲酸、乙酸、二氧六環(huán)、氯化烴（二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷）、乙醇甲苯混合物（3070）、乙醇甲苯混合物（406）以及60%的含水乙醇中.縮醛度為7585的聚乙烯醇縮甲醛重要的用途是制造絕緣漆和粘合劑。.三、實驗藥品及儀器藥品：聚乙烯醇、甲醛（0%)、氫氧化鈉,濃鹽酸，硫酸儀器：攪拌器、恒溫水浴，球形冷凝管，溫度計，滴液漏斗,三口燒瓶實驗裝置如下圖:4、 實驗步驟及現(xiàn)象步驟現(xiàn)象分析在50mL三頸瓶中，

4、加入9m去離子水（或蒸餾水）、7g聚乙烯醇，在攪拌下升溫至85-90溶解。 攪拌加熱升溫至90左右時，聚乙烯醇全部溶解，溶液無色透明,瓶內(nèi)無白色固體。 聚乙烯醇熔點85，所以需升溫至8590.等聚乙烯醇完全溶解后，降溫至35-40加入6m甲醛(0%工業(yè)純）,攪拌1min，再加入4鹽酸，使溶液pH 值為13。保持反應(yīng)溫度590,繼續(xù)攪拌0min,反應(yīng)體系逐漸變稠，當(dāng)體系中出現(xiàn)氣泡或有絮狀物產(chǎn)生時,立即迅速加入1.5L8%的NOH溶液，同時加入34mL去離子水（或蒸餾水)。調(diào)節(jié)體系的pH值為9.然后冷卻降溫出料，獲得無色透明粘稠的液體，即市場出售的紅旗牌膠水。加入鹽酸,溶液無明顯變化，PH降低至2

5、左右。加入甲醛后加熱升溫，溶液變稠。升溫至0一段時間后，出現(xiàn)氣泡,加入NaOH和蒸餾水,P值為9左右。冷卻，得無色透明粘稠的液體。必須控制PH為,所以加入鹽酸不能太多也不能太少。當(dāng)p過低時，催化劑過量,反應(yīng)過于猛烈，造成局部縮醛度過高,導(dǎo)致不溶于水的產(chǎn)物產(chǎn)生。當(dāng)H過高時，反應(yīng)過于遲緩,甚至停止,結(jié)果往往會使聚乙烯醇縮醛化成都過低,產(chǎn)物粘性過低。加入甲醛后加熱升溫,聚乙烯醇與甲醛反應(yīng),縮醛化,體系粘度變大，溶液變粘稠。產(chǎn)生氣泡，說明分子間已經(jīng)開始交聯(lián)，故此時要停止加熱。調(diào)節(jié)P為8-是因為，在酸性條件下，聚合物與空氣接觸不穩(wěn)定會繼續(xù)縮醛化，所以要調(diào)75、 注意事項1、 聚乙烯醇完全溶解后一定要降溫

6、才能加入甲醛；2、 加鹽酸必須將PH調(diào)節(jié)在-3。六、實驗結(jié)果實驗結(jié)果：反應(yīng)結(jié)束后冷卻得到無色透明粘稠狀液體,在2.4下測得粘度為0.026結(jié)果分析：我制備的膠水比其他同學(xué)的膠水粘度大了很多，可能是縮醛化程度過大，聚合物大量交聯(lián)，導(dǎo)致體系粘性顯著增加.3、 思考題1、試討論縮醛化反應(yīng)機理及催化劑的作用. 答:縮醛化反應(yīng)的方程式為:縮醛化反應(yīng)機理如下： 和R分別為聚乙烯醇的不同部位。 氫離子在此為反應(yīng)的催化劑，由反應(yīng)機理的推導(dǎo)式可以明顯看出，反應(yīng)初期,氫離子參與了縮醛化反應(yīng)，分別改變氧和碳的活潑性，使反應(yīng)容易進行,而反應(yīng)到最后,氫離子重新從反應(yīng)中釋放出來,前后沒有消耗。故用鹽酸和氫氧化鈉控制H值,

7、實際上是在控制參加反應(yīng)的催化劑的濃度.當(dāng)過低時,催化劑過量，反應(yīng)過于猛烈,造成局部縮醛度過高，導(dǎo)致不溶于水的產(chǎn)物產(chǎn)生。當(dāng)H過高時，反應(yīng)過于遲緩,甚至停止，結(jié)果往往會使聚乙烯醇縮醛化成都過低,產(chǎn)物粘性過低。可見p即催化劑用量過多過少都會顯著影響膠水質(zhì)量。.2、為什么縮醛度增加,水溶性下降，當(dāng)達到一定的縮醛度以后，產(chǎn)物完全不溶于水? 答:因為聚乙烯醇有很多親水性基團羥基,所以本身有很好的水溶性，但縮醛化反應(yīng)形成的卻是環(huán)氧醚,因此水溶性下降。縮醛化程度越深，水溶性越差勁,因為聚合物中的親水基越來越少，當(dāng)縮醛化反應(yīng)達到一定程度后,產(chǎn)物會完全不溶于水。另外，隨著縮醛化程度的加深，聚合物開始大量交聯(lián)，體系

8、粘性顯著增加，也不利于其溶于水。.4、 產(chǎn)物最終為什么要把H調(diào)到8?試討論縮醛對酸和堿的穩(wěn)定性如何？ 答：因為在此反應(yīng)中，氫離子為催化劑，反應(yīng)結(jié)束后,應(yīng)該立即添加堿液中和掉多余的氫離子，防止反應(yīng)繼續(xù)進行。反應(yīng)之所以會繼續(xù)進行是因為，體系中還殘留一些甲醛，如果羥基、醛基與氫離子相遇,有可能繼續(xù)反應(yīng)，最終膠水中會出現(xiàn)絮狀物，影響質(zhì)量.所以,要將體系調(diào)節(jié)到PH7。.酸性會加劇縮醛化，而堿性則可保持產(chǎn)物的穩(wěn)定性。換句話說，縮醛在酸中活潑,在堿中穩(wěn)定。聚乙烯醇與甲醛發(fā)生縮合反應(yīng)生成縮醛物，必須在酸性介質(zhì)中進行。酸含量低,縮醛反應(yīng)緩慢,到達反應(yīng)終點的時間長；若酸含量過高，則使反應(yīng)太過激烈而形成凝膠.3.

9、聚乙烯醇的溶解在裝有攪拌器、球形冷凝管、溫度計的三口燒瓶中加入5g聚乙烯醇50m去離子水，開動攪拌，逐漸加熱升溫至90，直至聚乙烯醇完全溶解。.2.2 聚乙烯醇的縮醛化反應(yīng)在不斷攪拌下用滴管滴加濃鹽酸，調(diào)節(jié)pH=2.5；量取5L甲醛，用滴管將其慢慢滴加到三口燒瓶內(nèi)，約在3mi內(nèi)滴完，繼續(xù)攪拌in;停止加熱,滴加配制好的0的氫氧化鈉溶液,調(diào)節(jié)p=89，即得聚乙烯醇縮甲醛膠（07膠）。.3.3產(chǎn)品純度測定將潔凈、干燥的涂4粘度計至于固定架上,用水平螺絲固定架使其處于水平狀態(tài)；用手指按住粘度計底部小孔，將冷卻到室溫的膠黏劑倒入粘度計至滿后,用玻璃棒沿水平方向抹去多余試樣；將承受杯置于粘度計正下方,松

10、開手指,記錄膠黏劑由細流狀流出轉(zhuǎn)變?yōu)榈瘟鳡盍鞒鏊钑r間。.4 實驗結(jié)果在本實驗的條件和操作下，得到一種微黃色至無定形粘稠狀液體，在低溫下呈現(xiàn)流動性，具有一定的粘結(jié)性和耐水性，其粘度用膠黏劑流出粘度計的時間表示。.即膠黏劑流出粘度計的時間5。5 實驗討論5。1 催化劑對縮合反應(yīng)的影響 實驗中的濃鹽酸在聚乙烯醇縮甲醛膠合成中是起催化作用的,按形成縮醛的機理酸先使甲醛的羰基質(zhì)子化,然后，聚乙烯醇中的羥基氧進攻帶電正性的羰基碳形成半縮醛,進而形成縮醛。所以，先將甲醛與酸混合再加到已溶解的聚乙烯醇中，有利于縮合反應(yīng)的發(fā)生。另外,形成縮醛的反應(yīng)應(yīng)在強酸介質(zhì)中進行。酸度太低,縮合反應(yīng)很難達到終點，同時在較高

11、溫度下逆反應(yīng)即縮醛的解離反應(yīng)加快,致使制得的膠水粘性不強;但酸度太強，縮合終點難以控制,容易形成鏈段間的縮醛而得凝膠,粘性也不強。.5。溫度對縮合反應(yīng)的影響聚乙烯醇是一種具有大量強親水性羥基的聚合物。在分子間和分子內(nèi)的羥基之間存在著很強的氫鍵，顯著阻礙著聚乙烯醇在水中的溶解,因此,當(dāng)溫度不高時，聚乙烯醇很難完全溶解,制得的膠水縮合度不均勻,外觀不透明。為了保證聚乙烯醇溶解完全，鏈條完全打開與甲醛縮合,就應(yīng)在較高溫度下溶解。在縮合過程中,溫度的控制對聚乙烯醇縮甲醛膠的質(zhì)量影響也很大。溫度過低,縮合反應(yīng)進行得緩慢，縮醛度過小,粘性及抗凍性不好;溫度過高，一方面，縮合反應(yīng)過快，終點難以控制,另一方面鏈段間形成縮醛的反應(yīng)也加劇，易得失水的凝膠，還可能使聚乙烯醇焦化。根據(jù)我們的試驗，縮合溫度維持在左右較佳。.53 甲醛用量對縮合反應(yīng)的影響甲醛作為反應(yīng)物之一，自然對縮合反應(yīng)有很大影響，甲醛用量大，反應(yīng)速率也就快,反之亦然.因為,有甲醛存在，會阻止縮合反