聚乙烯醇縮甲醛(膠水)的制備

聚乙烯醇縮甲醛（膠水）的制備實(shí)驗(yàn)?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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)[1]:①、初粘性好,特別適合于牛皮紙和其它紙張的粘合;②、粘合力強(qiáng);③、貯存穩(wěn)定,長久放置不變質(zhì);④、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?zhàn)幽z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(jìn)行了大量的改性研究，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(shí)驗(yàn)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(jìn)行了試驗(yàn)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(jī)理：聚乙烯醇是水溶性的高聚物，如果用甲醛將它進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(huì)造成局部縮醛度過高，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(shí)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(30∶70)、乙醇甲苯混合物(40∶60)以及60%的含水乙醇中?？s醛度為75%~85%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(shí)驗(yàn)藥品及儀器藥品：聚乙烯醇、甲醛（40%）、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(jì)，滴液漏斗，三口燒瓶實(shí)驗(yàn)裝置如下圖：實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象步驟現(xiàn)象分析在250mL三頸瓶中，加入90mL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(shí)，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(diǎn)>85℃,所以需升溫至85-90℃。等聚乙烯醇完全溶解后，降溫至35-40℃加入4.6mL甲醛(40%工業(yè)純)，攪拌15min，再加入1∶4鹽酸，使溶液pH值為1-3。保持反應(yīng)溫度85-90℃，繼續(xù)攪拌20min，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(shí)，立即迅速加入1.5mL8%的NaOH溶液，同時(shí)加入34mL去離子水(或蒸餾水)。調(diào)節(jié)體系的pH值為8-9。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左右。加入甲醛后加熱升溫，溶液變稠。升溫至85-90℃一段時(shí)間后，出現(xiàn)氣泡，加入NaOH和蒸餾水，PH值為9左右。冷卻，得無色透明粘稠的液體。必須控制PH為1-3，所以加入鹽酸不能太多也不能太少。當(dāng)pH過低時(shí)，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)pH過高時(shí)，反應(yīng)過于遲緩，甚至停止，結(jié)果往往會(huì)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(shí)要停止加熱。調(diào)節(jié)PH為8-9是因?yàn)?，在酸性條件下，聚合物與空氣接觸不穩(wěn)定會(huì)繼續(xù)縮醛化，所以要調(diào)PH>74實(shí)驗(yàn)結(jié)果在本實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(jì)的時(shí)間表示。即膠黏劑流出粘度計(jì)的時(shí)間150s。5實(shí)驗(yàn)討論5.1催化劑對縮合反應(yīng)的影響實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jìn)攻帶電正性的羰基碳形成半縮醛,進(jìn)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(qiáng)酸介質(zhì)中進(jìn)行。酸度太低,縮合反應(yīng)很難達(dá)到終點(diǎn),同時(shí)在較高溫度下逆反應(yīng)即縮醛的解離反應(yīng)加快,致使制得的膠水粘性不強(qiáng);但酸度太強(qiáng),縮合終點(diǎn)難以控制,容易形成鏈段間的縮醛而得凝膠,粘性也不強(qiáng)。5.2溫度對縮合反應(yīng)的影響聚乙烯醇是一種具有大量強(qiáng)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(qiáng)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(shí),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(jìn)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(diǎn)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[2]。根據(jù)我們的試驗(yàn),縮合溫度維持在90℃左右較佳。5.3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?yàn)?有甲醛存在,會(huì)阻止縮合反應(yīng)的順利進(jìn)行,還可能在縮合過程中繼續(xù)與聚乙烯醇縮合,導(dǎo)致縮合度過高,使膠體失水