实验5聚乙烯醇缩醛

聚乙烯醇缩醛一、实验目的了解聚乙烯醇缩醛反应的原理。掌握聚乙烯醇缩醛的制备方法。熟悉聚乙烯醇缩醛的主要用途。二、实验原理聚乙烯醇缩醛是聚乙烯醇与醛类在酸性介质中进行缩醛化反应而制得的。本实验是用聚乙烯醇与甲醛在硝酸存在下进行缩醛反应制备聚乙烯醇缩醛。其反应式如下：HNOSCH2—CH—CH—CH2-CH- 十HCHd OH OH OHCH?—CH-CH?-CH—CH?-CEJ—CH?^w+H2OI I IOH C——CH^-O聚乙烯醇缩醛的物理和化学性质取决于聚乙烯醇的分子量、醛的化学结构和缩醛化程度等。聚乙烯醇是水溶性高聚物，随着缩醛度的增加，水溶性变差。控制缩醛度在35％左右(不溶于水)可制成维纶纤维；缩醛度较低的聚乙烯醇缩甲醛可制备绝缘漆和胶粘剂。本实验是制备水溶性聚乙烯醇缩甲醛，在反应中须控制较低的缩醛度，使产物保持水溶性。因此，反应物组分的比例、催化剂的用量及反应条件(温度、时间)等必须严格控制。反应后聚合物溶液呈酸性，要加入氢氧化钠溶液中和，调整溶液的pH值。聚乙烯醇缩醛的特性：(1)原料来源广，价格较低廉。(2)固化产物有良好的韧性，可用于粘接柔软材料。(3)胶粘剂属于单组分胶液，用前不需进行配制，使用方便。(4)合成工艺简单，胶液因不含有机溶剂，具有无毒、不易燃、固体含量高的特点。(5)缺点是本身强度差，抗蠕性和耐热性差，因此对金属等极性材料粘接强度差，只能作非结构胶粘剂使用。聚乙烯醇缩甲醛(PVF)胶粘剂的商品名为107胶,俗称白胶水,从八十年代初期一直在建筑工程、鞋业、啤酒(粘标签)、纸品等行业得到广泛的应用。水溶性PVA应用范围正在逐步扩大，但由于其分子中含有大量经基,其亲水性较强，如果用于粘合复合纸,则存在耐折度、弹性、耐水性较差等问题;如果与淀粉同用,则天气变化易形成冻胶和霉变，并且PVA存在着季节性问题(在4°C时就会冻结)和原料来源紧缺等。这样，使PVA的生产和使用受到了很大的限制。随着社会的发展，人们对胶粘剂的要求日益提高，针对PVA存在的缺点，不少厂家是通过加人某些化合物,使之与PVA的经基发生反应生成新的化学键或与PVA进行物理交联生成氢键来提高其抗水性、抗霉性、抗冻性和耐湿性等，常见的产品就是107胶。107胶有一些良好的性能，例如粘结性、增稠性、流平性等。但建材行业标准JC438—61对它作出了7项规定，其中粘度要求大于l.OPa・S;180。剥离强度大于或等于10N。粘度大于l.OPa・S的107胶很稠，如果不采取改性措施，聚乙烯醇的用量在8〜10%的范围内是很难满足该要求的,而聚乙烯醇大于10%是市场价格所不允许的，更重要的是给某些用途的使用带来不方便。180剥离强度大于成等于10N的规定与未改性之前的情况相差甚远，都在6N以下。107胶存在着粘结强度低和低温凝胶性两种固有不足，因而对其进行改性是必要的。三、仪器和药品仪器:多功能电动搅拌器、恒温水浴、四口烧瓶、冷凝管、温度计、烧杯(100ml、250ml各一个)、玻璃棒、100mL量筒、滴管、洗耳球。2•药品：聚乙烯醇，甲醛水溶液，浓硝酸，尿素水溶液(50%),氢氧化钠水溶液(10%),pH试纸。1图1实验装置图1、平板密封电炉；2、水浴锅；3、温度计（0~100°C）；4、四口烧瓶；5、轴封；6、搅拌电机；7、球形冷凝管；8、控温仪探头；9、控温仪；10、调速变压器四、实验步骤1•在四口瓶中加入210mL水并加热到70C；开动搅拌,加入聚乙烯醇20g,升温到90〜95C使聚乙烯醇完全溶解；待聚乙烯醇溶解后，降温到85C,然后滴加浓硝酸调节溶液的pH值为2；4•缓缓加入甲醛水溶液8g,维持反应温度85〜88C,随着反应的进行，体系粘度增大，逐渐变粘稠；当有絮状物产生时（约1小时左右），立即用氢氧化钠溶液调节反应物pH值。pH值调到5时，加入尿素水溶液3.6g，再继续反应30分钟；加入适量的氢氧化钠溶液，调节反应物pH值为7〜7.5,搅拌降温到40〜45C即可出料；7•取2〜3g产品于表面皿中，烘干，计算固含量。五、实验记录项目数据备注大气压项目数据备注大气压101.40KPa室温22.4°C日期2017年4月21日时间13:00地点50-B-318内容聚乙烯醇缩醛组号18实验人倪光福，陆宁远，张世先表1实验原始条件名称实称质量/g备注PVA20.01蒸馏水210甲醛溶液8.003尿素3.67表2药品配方表3实验操作过程记录表时间实验操作釜内温度。C釜外温度。C实验现象14:35滴加甲醛溶液86.587.0半透明较黏液体14:4086.587.514:4585.088.014:5087.085.514:5586.585.515:0086.585.515:0587.086.015:1087.586.015:1587.586.015:2087.087.015:25加NaOH调PH,加入尿素87.087.0粘度变大15:3084.083.015:3584.583.515:4085.084.015:4585.085.015:50调节PH85.084.515:55出料85.084.5称量:表面皿质量=96.79g,烘干前质量=97.89g,烘干后质量=96.90g

六、数据处理1.计算固含量表面皿质量=96.79g,六、数据处理1.计算固含量表面皿质量=96.79g,干燥后质量=96.90g,实际质量=96.90-96.79=0.11g0.11实际固含量(%)二一x100%二10%1.10七、思考与讨论影响聚乙烯醇缩醛反应的因素有哪些？答：(1).温度，必须控制在80-88°C。.pH值，反应时用硝酸控制在2〜4,反应完后，用NaOH溶液调节7〜7.5.甲醛的用量：若过高，则缩醛化程度高，会析出。.甲醛的滴加速度：赢缓慢加入，若过快，易出现局部凝胶现象。.反应时间：增加缩醛反应时间，产物游离甲醛含量降低，影响反应进度如何控制缩醛反应的终点？答：通过反应混合物的粘度控制反应终点，可以在反应