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聚乙烯醇缩甲醛的制备

2009-12-21 18:13阅读:
实验二十一聚乙烯醇缩甲醛的制备
一、实验目标
1.掌握聚乙烯醇缩甲醛胶的合成原理和方法。
2.熟悉聚乙烯醇缩甲醛胶的分析检测方法。
3.了解涂一4黏度计的使用方法。
二、产品特性与用途
聚乙烯醇缩甲醛又称107胶,无色透明溶液,易溶于水。聚乙烯醇在酸性条件下与甲醛反应生成的聚合物即聚乙烯醇缩甲醛胶,与聚乙烯醇溶液相比,具有粘接力强,黏度大,耐水性强,成本低廉等优点,广泛应用于多种壁纸、纤维墙布、瓷砖粘贴、内墙涂料及多种腻子胶的黏合剂等,是我国合成胶黏剂的大宗品种之一,我国年消费量达20余万吨,但该胶黏剂因游离甲醛含量过高,刺激人的眼睛及呼吸系统,危害人体健康,在发达国家早已禁用,我国许多地方也制定地方法规,禁止使用聚乙烯醇缩甲醛腌(106胶、107胶)用于搴内装饰装修。然而,以107胶为主体制得的外墙涂料由于对墙面有较强的黏附力,遮盖力强,硬度高,耐光性和耐水性良好,成本低廉而得以广泛应用。
三、实验原理
聚乙烯醇分子中含有的羟基(一OH)是一种亲水性基团,所以,聚乙烯醇可溶于水,它
的水溶液可作为胶黏剂使用。为了提高其耐水性,可以通过聚乙烯醇的缩醛化反应来改性。
聚乙烯醇缩甲醛胶是聚乙烯醇在盐酸的催化作用下,其中部分羟基与甲醛进行缩醛化反应生
成的:


则是疏水性基团。通过控制缩醛度(聚乙烯醇缩甲醛中所含缩醛基的百分数),可使聚乙烯醇缩甲醛胶既有较好的耐水性,又有一定的水溶性。
对胶水质量的检验,主要是测定其黏度和缩醛度,通过测定胶水中的游离甲醛量(即留存二f聚乙烯醇缩甲醛中未被缩醛化的甲醛含量,常以百分率表示)可以了解缩醛化反应完成的情况以及该反应条件下缩醛度的大小。胶水中游离甲醛量少,表明缩醛度高;反之,则表示缩醛度低。
甲醛的测定是利用NaHS03与HCH0的加成反应生成NaOH,用酸标准滴定溶液滴定至百里酚酞由蓝色变无色为终点。

NaHS03溶液不稳定,实际使用的是Na2S03。在测定时,先在Na2S03溶液中,用lUIzS04
溶液滴加至百里酚酞蓝色消失,Na2S03形成NaHS0。;再与甲醛进行加成反应。
黏度的测定采用涂一4黏度计(一种简易黏度
计,如图12—1所示)。在20℃时,测定
100mL胶水从规定直径(声4mm)的孔中流出所需时间(s),并以该流出时间表示黏度的大小。
本实验要求合成的胶水黏度约在70s左右。

四、主要仪器与试剂
四口瓶、电动搅拌装置一套、球形冷凝管、温度计、滴液漏斗、水浴锅、秒表、涂一4
黏度计、锥形瓶。
聚乙烯醇(1799)、甲醛(36%)、盐酸(浓)、氢氧化钠(10%)、硫酸c告H。n一0.5mo1
/L、亚硫酸钠溶液(0.5mo1/L)、百里酚酞(19/L)。
五、实验内容与操作步骤
(1)聚乙烯醇的溶解在装有搅拌器、球形冷凝管、温度计和滴液漏斗的四口瓶中加入
13.59聚乙烯醇和150mL去离子水,开动搅拌,逐渐加热升温到90℃,直到聚乙烯醇完全

溶解。
(2)聚乙烯醇的缩醛化反应
①在不断搅拌下用滴管滴加浓盐酸,调节pH=2~2.5。
②量取5mL甲醛,用滴液漏斗将其慢慢滴加到四瓶内,约在30min内滴完,继续搅拌
30min。
③停止加热。滴加配制好的10%的氢氧化钠溶液,调节pH一8~9,即得聚乙烯醇缩甲
醛胶(107胶)。
(3)测定产品黏度如图所示,将洁净、干燥的涂一4黏度计置于固定架上,用水平螺丝
固定架使其处于水平状态;用手指按住黏度计底部小孔,将冷却到室温的胶水倒入黏度计至
满后,用玻璃棒沿水平方向抹去多余试样;将承受杯置于黏度计正下方,松开手指,记录胶
水由细流状流出转变为滴流状流出所需时间。
(4)测定游离甲醛含量
①量取50mLNa2S03溶液,置于250mL锥形瓶中,加三滴百里酚酞指示液,用c。H,
SO,一1mo1/L的H2S04标准溶液滴定至蓝色恰好消失。
②称取产品试样26~309(准确至0.00029),加入已中和过的上述溶液,再用HzS04
标准溶液滴定至浅蓝色消失为终点。
(5)测定产品固含量将干净的称量瓶准确称量后,加入1~1.59产品,再准确称量后,
放入烘箱,在110℃的条件下烘25h,取出置于干燥器中冷却,再准确称重。
六、实验记录与数据处理
(1)实验记录胶水流出所需时间:——s。胶水试样质量:——9l滴定胶水消耗的标
准H2S04溶液的体积:——mL。称量瓶质量:——
9;烘干前(称量瓶+样品)的质量:——9;烘干后(称量瓶+样品)的质量:——9。
(2)数据处理
①甲醛含量计算
式中V——滴定胶水消耗的标准H2sot溶液的体积,mL;
c——H2S04标准溶液的浓度,mol/L;
仇——胶水试样的质量,g;
MHCH0——甲醛的摩尔质量,取30.039/mol;
本实验合成的胶水要求游离甲醛量≤l.2%。
②固含量计算
七、安全与环保
如果在聚乙烯醇缩甲醛胶(107胶)中,加入尿素进行氨基化处理,可得改性聚乙女
醇缩甲醛胶(801胶)。使用改性聚乙烯醇缩甲醛胶(801胶),可以减少甲醛对环境f
污染。
思考题
1.如何提高聚乙烯醇缩甲醛胶的耐水性?
2.本实验中盐酸和氢氧化钠,各发挥什么作用?
3.聚乙烯醇的缩醛化反应,最多只能有约80%的羟基能缩醛化,为什么?

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