实验九 聚乙烯醇缩甲醛(胶水)的制备

高

分

子

化

学

实

验

报

告

实验六聚乙烯醇缩甲醛（胶水）的制备

聚乙烯醇缩甲醛（胶水）的制备

一、实验目的

了解聚乙烯醇缩甲醛化学反应的原理，并制备红旗牌胶水。

二、实验原理

聚乙烯醇缩甲醛是利用聚乙烯醇与甲醛在盐酸催化作用下而制得的，其反应如下:

聚乙烯醇缩醛化机理：

聚乙烯醇是水溶性的高聚物，如果用甲醛将它进行部分缩醛化，随着缩醛度的增加，水溶液愈差，作为维尼纶纤维用的聚乙烯醇缩甲醛其缩醛度控制在35%左右，它不溶于水，是性能优良的合成纤维。

本实验是合成水溶性的聚乙烯醇缩甲醛，即红旗牌胶水。反应过程中需要控制较低的缩醛度以保持产物的水溶性，若反应过于猛烈，则会造成局部缩醛度过高，导致不溶于水的物质存在，影响胶水质量。因此在反应过程中，特别注意要严格控制崐催化剂用量、反应温度、反应时间及反应物比例等因素。

聚乙烯醇缩甲醛随缩醛化程度的不同，性质和用途各有所不同，它能溶于甲酸、乙酸、二氧六环、氯化烃(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。缩醛度为75%~85%的聚乙烯醇缩甲醛重要的用途是制造绝缘漆和粘合剂。

三、实验药品及仪器

药品：聚乙烯醇、甲醛（40%）、盐酸、氢氧化钠

仪器：三口瓶、搅拌器、温度计、恒温水浴

实验装臵如下图：

四、实验步骤及现象

步骤现象分析

在250mL三颈瓶中，加入90mL去离子水(或蒸馏水)、7g聚乙烯醇，在搅拌下升温至85-90℃溶解。

搅拌加热升

温至90℃左右

时，聚乙烯醇全

部溶解，溶液无

色透明，瓶内无

白色固体。

聚乙烯醇熔点>85℃,

所以需升温至85-90℃。

等聚乙烯醇完全溶解后，降温至35-40℃加入 4.6mL甲醛(40%工业纯)，搅拌15min，再加入1∶4盐酸，使溶液pH 值为1-3。保持反应温度85-

加入盐酸，

溶液无明显变

化，PH降低至2

左右。

加入甲醛后

加热升温，溶液

变稠。

升温至85-

必须控制PH为1-3，

所以加入盐酸不能太多也

不能太少。当pH过低时，

催化剂过量，反应过于猛

烈，造成局部缩醛度过

高，导致不溶于水的产物

产生。当pH过高时，反应

过于迟缓，甚至停止，结

90℃，继续搅拌20min ，反应体系逐渐变稠，当体系中出现气泡或有絮状物产生时，立即迅速加入 1.5 mL8%的NaOH 溶液，同时加入34mL 去离子水(或蒸馏水)。调节体系的pH 值为8-

9。然后冷却降温出料，获得无色透明粘稠的液体，即市场出售的红旗牌胶水。

90℃一段时间后，出现气泡，加入NaOH 和蒸馏水，PH 值为9左右。冷却，得无色透明粘稠的液体。

果往往会使聚乙烯醇缩醛化成都过低，产物粘性过低。

加入甲醛后加热升温，聚乙烯醇与甲醛反应，缩醛化，体系粘度变大，溶液变粘稠。

产生气泡，说明分子间已经开始交联，故此时要停止加热。

调节PH 为8-9是因为，在酸性条件下，聚合物与空气接触不稳定会继续缩醛化，所以要调PH>7

五、 注意事项

1、聚乙烯醇完全溶解后一定要降温才能加入甲醛；

2、加盐酸必须将PH 调节在1-3。 六、实验结果

实验结果：反应结束后冷却得到无色透明粘稠状液体，在29.4℃下测得粘度为0.026

结果分析：我制备的胶水比其他同学的胶水粘度大了很多，可能是缩醛化程度过大，聚合物大量交联，导致体系粘性显著增加

七、思考题

1、试讨论缩醛化反应机理及催化剂的作用。

答：缩醛化反应的方程式为：

缩醛化反应机理如下：

R和R’分别为聚乙烯醇的不同部位。

氢离子在此为反应的催化剂，由反应机理的推导式可以明显看出，反应初期，氢离子参与了缩醛化反应，分别改变氧和碳的活泼性，使反应容易进行，而反应到最后，氢离子重新从反应中

释放出来，前后没有消耗。故用盐酸和氢氧化钠控制pH值，实际上是在控制参加反应的催化剂的浓度。当pH过低时，催化剂过量，反应过于猛烈，造成局部缩醛度过高，导致不溶于水的产物产生。当pH过高时，反应过于迟缓，甚至停止，结果往往会使聚乙烯醇缩醛化成都过低，产物粘性过低。可见pH即催化剂用量过多过少都会显著影响胶水质量。

2、为什么缩醛度增加，水溶性下降，当达到一定的缩醛度以后，产物完全不溶于水?

答：因为聚乙烯醇有很多亲水性基团羟基，所以本身有很好的水溶性，但缩醛化反应形成的却是环氧醚，因此水溶性下降。缩醛化程度越深，水溶性越差劲，因为聚合物中的亲水基越来越少，当缩醛化反应达到一定程度后，产物会完全不溶于水。另外，随着缩醛化程度的加深，聚合物开始大量交联，体系粘性显著增加，也不利于其溶于水。

3、产物最终为什么要把pH 调到8-9？试讨论缩醛对酸和碱的稳定性如何？

答：因为在此反应中，氢离子为催化剂，反应结束后，应该立即添加碱液中和掉多余的氢离子，防止反应继续进行。反应之所以会继续进行是因为，体系中还残留一些甲醛，如果羟基、醛基与氢离子相遇，有可能继续反应，最终胶水中会出现絮状物，影响质量。所以，要将体系调节到PH>7。

酸性会加剧缩醛化，而碱性则可保持产物的稳定性。换句话说，缩醛在酸中活泼，在碱中稳定。聚乙烯醇与甲醛发生缩合反应生成缩醛物，必须在酸性介质中进行。酸含量低，缩醛反应缓慢，到达反应终点的时间长;若酸含量过高，则使反应太过激烈而形成凝胶。