聚乙烯醇缩甲醛固体胶棒-材化实验

聚乙烯醇缩甲醛固体胶棒

一、实验目的：

1. 学习聚乙烯醇缩甲醛的制备；

2. 学习固体胶棒的制备。

二、 实验原理：

聚乙烯醇缩甲醛的特性： (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，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。

甲醛（FM ）中的羰基与聚乙烯醇（PV A ）中相邻两个羟基反应生成的具有六元环缩醛结构的聚合物聚乙烯醇缩甲醛（PVF ）。具有较高的强度、刚度和硬度，并有良好的黏结性和化学稳定性。反应式如下：

CH-CH 2-CH-CH 2OH

OH

+

HCHO

H CH-CH 2-CH-CH 2O O

CH 2

+ H 2O

具体聚乙烯醇缩醛化机理：

聚乙烯醇缩甲醛分子中的羟基(-OH)是亲水性基团，而缩醛基是疏水性基团。控制一定的缩醛度（聚乙烯醇缩醛中所含缩醛基的程度，常以百分率来表示），可使生成的聚乙烯醇缩甲醛既有较好的耐水性，又有一定的水溶性。为了保证产品的稳定性，缩醛化反应结束后需用NaOH 中和至中性。

聚乙烯醇缩甲醛胶水的粘度与PVF 的用量有关，要获的适宜的缩醛度，必须严格控制反应物的配比、催化剂用量、反应时间和反应温度。根据不同用途，控制反应物的配比和反应条件，可得到不同粘度和缩醛度的胶，作为各种粘接剂，广泛用于建筑施工、鞋革、图书装订、文具及建筑涂料等方面。

粘度的测定采用涂-4粘度计(一种简易粘度计)。在20℃时，测定100mL 胶水从规定直径(ф4mm)的孔中流出所需的时间(s)，并以该流出时间表示粘度的大

C CH 2O

+

H

+

C +

H 2OH

CH 2CH 22OH +H 2+CH 2CH CH 22O C H 2+~~~~~~~~~

~~~+

H 2O

CH 2CH 22C H 2

+

~~~

~~~CH 2CH CH 22~~~~~~

CH +

H

+

小(因其体积固定)。游离甲醛量的测定是通过亚硫酸氢钠与甲醛的反应，使之生成羟甲基磺酸钠和氢氧化钠：

H

H

O C H H

SO 3Na +++Na 2SO 3H 2O

NaOH

然后剩余的亚硫酸氢钠用碘滴定同时做空白实验，用每100克聚乙烯醇缩甲

醛胶粘剂中所含未反应的甲醛克数表示游离甲醛值。

合成聚乙烯醇缩甲醛装置：

图1 聚乙烯醇缩甲醛反应装置图

聚乙烯醇缩甲醛作为粘结剂，硬脂酸钠作为赋型剂，甘油作为保湿剂，将三者共混制备固体胶棒。

三、 实验仪器及药品

三口烧瓶 （100ml ） 球形回流冷凝管 温度计（0-300℃） 恒压滴液漏斗 恒温水浴锅 磁力搅拌器 烧杯 培养皿 塑料圆筒 玻璃塞 磁力搅拌器 磁子 （中号）、pH 试纸（1-14）烧杯（100ml ） 量筒 （30ml ）

聚乙烯醇 37％甲醛溶液 盐酸溶液 氧氧化钠 氢氧化钾 尿素 甘油 硬脂酸钠 香精 蒸馏水

四 、实验步骤

1. 在三口烧瓶中加入6.5 g PV A 、70mL 去离子水，开启搅拌，并加热，控温在90℃左右，直至PV A 全部溶解 (约40 min)；再降温到85℃。

2. 往三口烧瓶中滴加浓HCl 溶液，将PV A 水溶液的pH 调为2~3。

3. 量取2.5 mL 甲醛（37%）水溶液，用滴液漏斗缓缓地将其滴入三口烧瓶中(30min 滴完)，继续搅拌。

4. 随着反应的进行，溶液逐渐变粘调，变浑浊，当有气泡或絮状物产生时，停止加热，并迅速滴加6mol·L -1 NaOH 溶液调pH 值为7～8。（取出20ml 的粘稠透明状液体，将其倒入洁净、干燥的烧杯中，用于粘结纸板或纸条）

5.分两批将3.5 g尿素加入到上述胶液中，保温反应30 min（80℃）即可。

6.在PVF 胶中加入

7.0 g甘油，80 ℃搅拌均匀后加入硬脂钠6.0 g，混合均匀；然后用6mol·L-1 NaOH溶液调节pH值至9，转移至小烧杯，冷却后得到固体胶棒。根据需要可适当添加颜料和香精。

五、问题：

1. 为什么缩醛度增大，水溶性会下降？

2. 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。

3. 尿素的作用是什么？

六、注意事项

1. 调pH值为2时，注意不可将酸值调的过低，以免胶凝化；

2．终止反应要迅速，不能让缩醛度过高而变成维尼纶；

3. 反应后所得的胶水要倒在指定的地方，不能倒在水池中，防止堵塞。