107膠的資料 (1).ppt

1、有機(jī)合成單元過程,實驗一 聚乙烯醇縮甲醛的制備,一、實驗?zāi)康?1.了解聚乙烯醇縮醛反應(yīng)及其簡單工藝過程； 2.學(xué)習(xí)聚乙烯醇縮甲醛膠水的合成及分析檢驗方法； 3.學(xué)習(xí)有機(jī)縮合反應(yīng)的實驗操作及簡易黏度計的使用方法，練習(xí)分析天平的稱量及滴定等基本操作。,二、實驗原理,聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol,簡寫PVA），是白色粉末，由聚醋乙烯酯醇解制得。目前工業(yè)上多采用聚醋酸乙烯酯的甲醇溶液，以堿作催化劑進(jìn)行醇解反應(yīng)，脫去醋酸根而得到PVA： (聚乙酸乙烯酯) （甲醇） （聚乙烯醇） （乙酸甲酯 ）,由于醇解反應(yīng)不能進(jìn)行到底，所以在PVA的分子中，總會有一小部分醋酸根不能被羥基所取代，其醇解的

2、程度叫醇解度，常以摩爾分?jǐn)?shù)（百分率）表示。 PVA分子主鏈上的側(cè)基是羥基，諸多羥基在分子間和分子內(nèi)形成氫鍵，大大降低了PVA在水中的溶解度，因此，低溫時PVA在水中的溶解度很小。由于氫鍵具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性，在水溫高時，很易破裂，所以PVA在水溫高時，很易溶解。其水溶液可直接作為乳化劑、膠黏劑使用。PVA按聚合度和醇解度的不同有多種型號。本實驗所用的PVA17-99系指平均聚合度約為1700，醇解度約為摩爾分?jǐn)?shù)99%的PVA。,為了提高PVA的膠黏強(qiáng)度和耐水性，可以通過PVA的縮醛化反應(yīng)來改性.如聚乙烯醇與丁醛縮合反應(yīng)制得的聚乙烯醇縮丁醛是一種強(qiáng)度很高的結(jié)構(gòu)膠黏劑，用于制造防彈玻璃。本實驗以鹽酸

3、為催化劑，PVA與甲醛發(fā)生縮醛反應(yīng)而成的熱塑性樹脂聚乙烯醇縮甲醛（俗稱107膠），其反應(yīng)可表示為： PVA 甲醛 聚乙烯醇縮甲醛,聚乙烯醇縮甲醛分子中的羥基是親水基，而縮醛基是憎水基?？刂埔欢ǖ目s醛度，可使生成的聚乙烯醇縮甲醛膠水既有一定的水溶性，又有較好的耐水性。為保證膠水質(zhì)量穩(wěn)定，縮醛化反應(yīng)結(jié)束后，需用NaOH中和膠水至中性。 聚乙烯醇縮甲醛膠水的黏度與PVA的用量有關(guān)。要獲得合適的縮醛度，必須嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，如反應(yīng)物的配比、溶液的酸度、催化劑的用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間等。實驗證明，當(dāng)聚乙烯醇含量為8%9%，甲醛含量為2%3，去離子水含量為85%87%，反應(yīng)時間約為1h，反應(yīng)酸度pH=1

4、.72.1,反應(yīng)溫度為8688時，即能生產(chǎn)出質(zhì)量合格（符合國際JC 438-1991）的聚乙烯醇縮甲醛膠水。,膠水的質(zhì)量檢驗，主要是測定其黏度和縮醛度，由于縮醛度的測定費時且操作復(fù)雜，因此一般測定膠水的游離甲醛量來判斷縮醛的高低，通常膠水中游離甲醛量少，表明縮醛度高：反之，則表明縮醛度低。本實驗要求膠水游離甲醛量約在量分?jǐn)?shù)1.2%以下。 黏度的測定采用簡易黏度計涂-4黏度計來測定1。在20時，測定100mL膠水從規(guī)定直徑（4mm）的孔中流出所需的時間（s），并以該流出時間來表示黏度的大小。本實驗要求黏度約為70s左右。 膠水游離醛量的測定是通過亞硫酸鈉與甲醛反應(yīng)，使之生成羥基甲磺酸鈉和氫氧化鈉

5、：,再加玫紅酸（變色范圍pH=6.28.0）作為指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)HCL溶液滴定上述反應(yīng)生成的NaOH，溶液由紅色變?yōu)闊o色即為終點。根據(jù)滴定所需標(biāo)準(zhǔn)HCl溶液的量，算出游離甲醛的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），計算公式如下。 甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)= （V-V0）c(HCl) M(HCHO)/1000m100 V滴定膠水用去標(biāo)準(zhǔn)HCL溶液的體積，ml; V0空白滴定（不加膠水）用去的標(biāo)準(zhǔn)HCl的溶液的體積，ml; c(HCl)標(biāo)準(zhǔn)HCl溶液的濃度，molL1； m膠水的質(zhì)量，g； M（HCHO）甲醛的摩爾質(zhì)量，molL1。,三、實驗用品,1.儀器和材料： 臺稱，分析天平，錐形瓶（250mL），具塞三角瓶（250mL），鐵

6、架臺（帶雙頂絲），鐵萬用夾，恒溫水浴，滴管，量筒（10mL,50 mL,200 mL）,酸式滴定管，滴定管夾，洗瓶，玻璃棒，濾紙片，軟木塞，帶軟木塞的溫度計（0100），三口瓶（250 mL），攪拌器，攪拌棒，秒表，涂-4黏度計，pH試紙（114）。,實驗圖5.2 用涂-4黏度計,2.試劑 標(biāo)準(zhǔn)HCl溶液（0.2molL-1,四位有效數(shù)字） 甲醛HCHO（36%） 濃鹽酸HCl溶液 玫紅酸（0.5%） 氫氧化鈉NaOH(6molL-1) 聚乙烯醇17-99（PVA17-99）亞硫酸鈉Na2SO3（0.5 molL-1）,四、實驗步驟,1.聚乙烯醇縮甲醛膠水的合成 膠水合成裝置如實驗圖5.1所示

7、.,實驗圖5.1 合成膠水的裝置示意圖 1-三口瓶；2恒溫水??；3-攪拌器底座 4-調(diào)速器； 5-玻璃攪拌棒； 6-攪拌馬達(dá)；7-溫度計,（1）聚乙烯醇的溶解 接通恒溫水浴鍋(內(nèi)裝有水)的電源,開啟水浴鍋的電源開關(guān).將水浴溫度調(diào)節(jié)器先調(diào)至最大處,待水浴鍋中水的溫度升至8085，再將溫度調(diào)節(jié)器調(diào)小，控制三口瓶內(nèi)溫度9092為宜。 在水浴鍋升溫的同時，用臺秤稱取15gPVA,并將它裝入三口瓶中，再加入150mL去離子水中。 按實驗圖5.1將三口瓶置于水浴鍋中并固定.在裝有玻璃套管的軟木塞中插入玻璃攪拌棒,裝入三口瓶中間的瓶口中.細(xì)心調(diào)節(jié)馬達(dá)、玻璃攪拌棒連接位置適當(dāng)，并固定之。輕輕轉(zhuǎn)動攪拌棒仔細(xì)判斷

8、安裝位置正確后，塞緊軟木塞，在三 口瓶其它兩個瓶口分別裝入帶軟木的溫度計和軟木塞。 開啟攪拌器，控制調(diào)節(jié)器（由小到大）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速使固體全部攪起為宜。 調(diào)節(jié)水浴鍋溫度調(diào)節(jié)器，使三口瓶內(nèi)溫度穩(wěn)定在9092，直到三口瓶內(nèi)PVA全部溶解，溶液呈透明狀，不再有白色膠團(tuán)為止。,（2）聚乙烯醇縮甲醛化反應(yīng) 打開三口瓶上的軟木塞，當(dāng)三口瓶內(nèi)溫度降至8588時，往三口瓶中滴加濃鹽酸3滴，調(diào)節(jié)PVA水溶液的pH至1.72.0。 量取4.3mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的甲醛溶液，用滴管少量多次加入三口瓶中，塞好軟木塞，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1h。 注意：反應(yīng)溫度不能超過90，否則在酸度稍低時，容易發(fā)生暴聚現(xiàn)象，形成凝膠團(tuán)而游離出水溶液

9、，導(dǎo)致縮合反應(yīng)失敗。 切斷水浴鍋電源，停止加熱。打開軟木塞，滴加6molL-1NaOH溶液6滴至聚乙烯醇縮甲醛膠水的pH為7左右。 （3）降溫出料 切斷攪拌器的電源，停止攪拌。取出帶有軟木塞的溫度計以及帶有套管的軟木塞和攪拌棒，卸下三口瓶（小心操作，以防玻璃瓶破損）。 用自來水淋洗三口瓶外壁，使瓶內(nèi)的膠水冷卻至室溫。傾出膠水裝入干凈的三角瓶中待用。然后洗凈實驗儀器。,2產(chǎn)品的分析測定,（1）黏度的測定 按實驗圖5.2裝置將潔凈、干燥的涂黏度計放置于固定架上，用水平調(diào)節(jié)螺絲調(diào)節(jié)涂黏度計固定架，使處于水平狀態(tài)。 用手指按住黏度計下部水孔，將冷至室溫（20），待測膠水倒入涂-4黏度計的樣品杯至滿后，

10、用玻璃棒沿水平方向抹去多余部分。 將承接杯置于黏度計下方，松開手指，同時按下停表，測定膠水.由細(xì)流狀轉(zhuǎn)變?yōu)榈瘟鳡盍鞒鏊璧臅r間并記錄之。 注釋： 1涂-4黏度用于測定黏度在150s以下（以涂-4黏度計為標(biāo)準(zhǔn)）的低黏度膠水。對于黏度在150s以上的膠水，可作旋轉(zhuǎn)黏度計測定其黏度。,實驗圖5.2 用涂-4黏度計 測定粘度的裝置 1-涂-4黏度計；2-承接杯； 3-水平調(diào)節(jié)螺絲；4-黏度計座； 5-水平儀；6-固定架,五、思考題 1.熟悉縮合反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)條件及合成裝置的安裝要點。 2.預(yù)習(xí)分析天平的基本操作、滴定管的基本操作要點和黏度計的操作要點。 3.如何提高PVA的耐水性？以PVA合成聚乙烯醇

11、縮甲醛膠水的機(jī)理是什么？ 4.本實驗中影響產(chǎn)品質(zhì)量的反應(yīng)條件有哪些？怎么控制？ 5.為什么開啟攪拌器時，首先要檢查攪拌器安裝及反應(yīng)儀器的安裝是否適當(dāng)？ 6.測定聚乙烯醇縮甲醛膠水游離甲醛含量的原理是什么？為什么要測定？甲醛量過大對人體有何危害？,六.討論題： 1、產(chǎn)品（107膠）的物理化學(xué)性能及其用途有哪些？ 107 膠水的技術(shù)指標(biāo)是，外觀呈無色透明膠狀液體，固體 : 含量為 10-12% ，游離甲醛含量小于 2.5% ，縮甲醛含量為 9-11% ， PH 值為 7-8 ，特性粘度大于 0.5 。 廣泛用于配制內(nèi)墻涂料和涂刷水泥地坪，既經(jīng)濟(jì)又美觀，施工也很方便。 2、合成本產(chǎn)品需要哪些原料，它

12、們的性質(zhì)如何，同時它們在本實訓(xùn)中所起到的作用是什么？ 1甲醛 又叫蟻醛，俗稱福爾馬林.通常是是質(zhì)量分?jǐn)?shù)含3540的甲醛水溶液。它是一種無色具有強(qiáng)烈刺激性氣味的液體，易溶于水。 在室溫時極易揮發(fā)，隨著溫度的上升揮發(fā)速度加快。有強(qiáng)還原作用，其蒸氣與空氣能形成爆炸性混合物，常用于農(nóng)藥、消毒劑、化工原料等。,2聚乙烯醇 由聚醋酸乙烯酯在堿或酸的存在下經(jīng)皂化而制得。為白色至奶油色的粉末。根據(jù)皂化程度不同，或可溶于水，或僅能溶脹，耐礦物油、油脂等大多數(shù)有機(jī)溶劑。主要用于制造聚乙烯醇縮甲醛、維尼龍纖維和耐汽油管道等，也用作臨時保護(hù)膜、膠粘劑、裝訂用膠料、上漿劑等。 鹽酸 又稱氫氯酸。氯化氫的水溶液，純品無色

13、。一般因含雜質(zhì)而呈黃色。商品濃鹽酸含氯化氫，是一種強(qiáng)酸。在芯線脫碳及脫鈣鈉處理中供前處理用。 氫氧化鈉 又稱苛性鈉，俗名燒堿、火堿，成溶液狀的為液堿，固體堿為無色或白色透明的晶體，有粒、塊、片、棒等各種形狀，易吸濕溶化，極易溶于水，并強(qiáng)烈放熱。溶液滑膩呈堿性，溶于乙醇、不溶于丙酮。有強(qiáng)腐蝕性。在鉑觸媒粉制造中用作堿劑。,3、本實訓(xùn)的合成原理是什么？ 一定聚合度及醇解度的聚乙烯醇與甲醛在無機(jī)酸的催化作用下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)如下： 合成的產(chǎn)物為水溶性的聚乙烯縮甲醛，反應(yīng)過程必須控制較低的縮醛度，以保證它的物性。,4、常見的有機(jī)合成實訓(xùn)中所采用的儀器有哪些？舉例說明某些儀器的操作方法。,注意事項：,升溫溫度 在加熱時，應(yīng)先大些，就本次試驗來說，開始應(yīng)放在220伏上，當(dāng)其溫度達(dá)到80攝氏度是，放在50伏左右，減慢加熱，讓其慢