高分子综合实验报告 3

安全玻璃夹层用聚乙烯醇缩丁醛树脂的合成

[摘要] 聚乙烯醇缩丁醛具有高度的透明性、耐低温性、耐光、耐热。对玻璃、

金属、陶瓷、皮革等材料都有良好的粘合性，是当前制造夹层安全玻璃的最佳粘合材料。本实验制备的聚醋酸乙烯酯采用自由基溶液聚合方法，在甲醇中经醇解反应得到聚乙烯醇，聚乙烯醇缩丁醛是有聚乙烯醇和丁醛在酸催化作用下，缩合反应而成的合成树脂。

关键词安全玻璃聚醋酸乙烯酯聚乙烯醇缩丁醛缩醛化

1 前言

夹层安全玻璃是深加工玻璃中的一种，它是由两片或两片以上的玻璃组成，中间用一层或多层抗撕裂的聚乙烯醇缩丁醛胶片粘牢，长期耐用。夹层安全玻璃最突出的优点是安全可靠，它具有优异的抗撞击性能，当外层玻璃被打破时，只形成一条不规则的裂纹(枪击时则成辐射状)，碎片仍牢固地粘在中间膜上不飞散、脱落、使人致伤，而且在一定时间内(在不影响视线的情况下)可以继续使用，安全性能好。同时，夹层安全玻璃还具有许多其它重要特性。如：具有较强的隔音能力；套色的夹层玻璃能节省能源，用带有吸收紫外线添加剂胶片制成的夹层玻璃能有效地抗紫外线。由于具有这一系列的优点，夹层玻璃广泛应用于汽车的挡风玻璃，飞机、高层建筑门窗的玻璃以及特殊防护玻璃，如银行和商店的贵重物品陈列橱玻璃、高级仪器仪表的防护玻璃、动物园中水族馆的水槽玻璃等。

聚乙烯醇缩丁醛具有高度的透明性、耐低温性、耐光、耐热。对玻璃、金属、陶瓷、皮革等材料都有良好的粘合性，是当前制造夹层安全玻璃的最佳粘合材料。PVB树脂加入

30-40%的增塑剂，用挤压法或流延法制成胶片。PVB胶片具有柔软而强韧的性质，其拉伸弹性模量约为玻璃的1/2000，而断裂伸长率却为玻璃的3000倍以上，断裂能比不锈钢及高强度纤维大。由两层或数层玻璃与作为中间层的PVB片材，在加热、加压下牢固结合在一起制成夹层玻璃。

2 实验部分

2.1 试剂与仪器

试剂：醋酸乙烯酯，亚硫酸氢钠，碳酸钠，无水硫酸钠，偶氮二异丁腈，乙醇，甲醇，5%NaOH-甲醇溶液，0.01mol/LNaOH-乙醇溶液，酚酞指示剂，0.5mol/L盐酸，丁醛，20%盐酸，pH 试纸，乙醇，0.02mol/LKOH-乙醇溶液，7%的盐酸羟胺溶液，甲基橙指示剂，0.5mol/L的KOH标准溶液（溶剂为50%的乙醇），乳胶管，蒸馏水，冰，滤纸，称量纸

仪器：分析天平，量筒，机械搅拌器，回流冷凝管，250mL三口烧瓶，150mL分液漏斗，250mL磨口锥形瓶，真空水泵，减压蒸馏装置，布氏漏斗，吸滤瓶，50mL滴液漏斗，大表面皿，温度计，真空烘箱，烘箱，红外灯，酸、碱式滴定管。

2.2实验原理

2.2.1聚乙烯醇缩丁醛（PVB）

聚乙烯醇缩丁醛是由聚乙烯醇和丁醛在酸的催化作用下，缩合反应而成的合成树脂。合

成PVB 数值的反应路]为： x CH 2CH y CH 2CH

O C O CH 3x CH 2CH y CH 2CH O

C

O CH 3z

CH 2CH O CH 2CH O CH 3H 7+ n CH 3CH 2CH 2CHO H

在聚合生产过程中，准确控制和改变x 、y 、z 的比例可得到不同物理及化学性能的产品，分子量和-OH 基团含量对聚合物的热性能、机械性能和溶解性能起主要影响作用。PVB 与玻璃表面的粘接性能，受水份含量及其-OH 官能团的含量的影响。

2.2.2聚醋酸乙烯酯（PVAc ）

聚乙烯醇（PVA ）不能直接通过烯类单体聚合得到，而是经过聚醋酸乙烯酯的高分子反应获得的。聚醋酸乙烯酯可通过本体聚合、乳液聚合、溶液聚合和悬浮聚合等自由基聚合实施方法制备。采用何种方法决定于产物的具体用途，如作为涂料或粘合剂，则可采用乳液聚合方法。本实验制备的聚醋酸乙烯酯需进一步醇解制备聚乙烯醇，因此采用自由基溶液聚合方法。溶液聚合是将单体、引发剂溶解于溶剂中成为均相溶液，然后加热聚合，与本体聚合相比，溶液聚合具有散热快、易搅拌等优点。但是由于溶剂的引入，增长链自由基与溶剂发生链转移反应，会降低聚合物的分子量，因此溶剂的选择对溶液聚合来说是相当重要的。由于聚醋酸乙烯酯溶于甲醇，而且活性链转移常数较小（链转移反应见下式），所以选用甲醇作为溶剂。另一方面，当使PVAc 醇解制取聚乙烯醇时，加入催化剂在甲醇中即可直接进行醇解。 CH 2CH O

C O CH 3+ CH 3OH k trs CH 2CH 2O C O CH 3+ CH 2OH

CH 2CH 2O C

O CH 3 CH 2OH +k p CH 2CH O C O CH 3 HOCH 2k p k p CH 2CH O C O CH 3

2.2.3聚乙烯醇

聚醋酸乙烯酯经水解（皂化）反应或醇解反应得到聚乙烯醇，与水解法相比，经醇解法生成的聚乙烯醇精制容易，纯度较高，产品性能较好，因而工业上多采用醇解法。

本实验采用甲醇为醇解剂，氢氧化钠为催化剂进行醇解反应，并在较为缓和的醇解条件下进行。PVAc 在NaOH/CH 3OH 溶液中的醇解，进行的主要反应为：

n CH 2CH

O C

O CH 3x CH 2CH y CH 2CH O C O CH 3+ CH 3OH NaOH + CH 3COOCH 3

在主反应中NaOH 仅起催化剂作用，但是NaOH 还可能参加以下反应： CH 2CH

O

C

O CH 3CH 2CH + NaOH + nCH 3COONa CH 3COOCH 3 + NaOH CH 3COONa + CH 3OH

当反应体系含水量较大时，这两个副反应明显增加，消耗大量的氢氧化钠，从而降低对主反应的催化效能，使醇解反应进行不完全。因此为了避免这些副反应，对物料的含水量应该严格控制，一般在5％以下。

聚乙酸乙烯酯的醇解反应实际上是甲醇与高分子PVAc 之间的酯交换反应，这种使高聚物分子结构发生改变的化学反应称为高分子化学反应。PVAc 的醇解反应（或酯交换反应）与低分子酯交换反应相同。

CH 2

CH O C O CH 3+ CH 3O -Na +CH 33O -Na + + H 2O

CH 2CH O C

O -OCH 3

CH 3CH 2CH C

O -OCH 3CH 3CH 2CH + CH 3COOCH 3

PVAc 的醇解反应生成的PVA 不溶于甲醇中，以絮状物析出。PVA 可作为悬浮聚合和分散聚合的稳定剂，还可以用来制备维尼纶。用作纤维的PVA 醇解度不小于99.8%。

聚醋酸乙烯酯溶于甲醇，而聚乙烯醇不溶于甲醇，因此在反应过程中反应体系会转变成非均相，各种反应条件都会影响该转变的发生时间，进一步影响到随后的醇解反应的难易和醇解度的高低。为保证本实验的顺利进行，当反应体系刚出现胶冻时，必须强力搅拌，将胶冻分散均匀。

2.3实验步骤

2.3.1醋酸乙烯酯的精制

取100mL 的醋酸乙烯酯于250mL 的分液漏斗中，用饱和亚硫酸氢钠溶液洗涤三次（每次用量约25mL ），水洗三次（每次用量约25mL ）后，再用饱和碳酸氢钠溶液洗涤三次（每次用量