聚乙烯醇縮甲醛的制備

1、聚乙烯醇縮甲醛的制備一、 實驗?zāi)康牧私饩垡蚁┐伎s甲醛的化學(xué)反應(yīng)的原理，并制備紅旗牌膠水。二、 實驗原理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:聚乙烯醇縮醛化機理:聚乙烯醇是水溶性的高聚物，如果用甲醛將它進行部分縮醛化，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。本實驗是合成水溶性的聚乙烯醇縮甲醛，即紅旗牌膠水。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，特別注意要嚴格控制崐催化劑用量、

2、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間及反應(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)、氯化烴推薦精選(二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷)、乙醇甲苯混合物(3070)、乙醇甲苯混合物(4060)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、 實驗藥品及儀器藥品：聚乙烯醇（7g）-、甲醇（4.6mL）-、鹽酸(40%工業(yè)純1:4）、氫氧化鈉(1.5mL)（8%）、蒸餾水（90+34mL）等；儀器：恒溫水浴鍋、攪拌器、三口燒瓶、球型冷凝管、溫度計、吸管、天平、量筒、pH試紙等。四、 實驗裝置圖推薦精選五、 實驗步驟與現(xiàn)象

3、分析步驟（1）： 在250ml三頸瓶中，加入90ml去離子水（或蒸餾水），7g聚乙烯醇，攪拌下升溫溶解?，F(xiàn)象：白色晶狀聚乙烯醇溶解分析：聚乙烯醇可溶于蒸餾水中步驟（2）： 等聚乙烯醇完全溶解后，于90左右加入4.6ml甲醛（40%工業(yè)純），攪拌15min，再加入1:4的鹽酸，使溶液PH為13，保持溫度90左右，繼續(xù)攪拌。分析：調(diào)節(jié)PH使之為酸性，是因為H離子作為羥醛縮合的催化劑。升溫是由于甲醛沸點低易揮發(fā)，縮合反應(yīng)不可能進行得很完全，升溫保溫是為了使未反應(yīng)完的甲醛能在酸性介質(zhì)中繼續(xù)與聚乙烯醇縮合步驟（3）： 反應(yīng)體系逐漸變稠，當(dāng)體系中出現(xiàn)氣泡或者絮狀物時，立即迅速加入1.5ml8%的NaOH溶

4、液，同時加入34ml去離子水，調(diào)節(jié)PH89,冷卻降溫出料?，F(xiàn)象：體系變粘稠，同時有絮狀物產(chǎn)生分析：體系變粘稠是因為隨著反應(yīng)進行，OH變少，導(dǎo)致產(chǎn)物的親水性變差；而絮狀物是產(chǎn)生了交聯(lián)產(chǎn)物。加水是為了緩和粘稠程度，加入NaOH是為了中和體系中的H離子，防止進一步交聯(lián)化推薦精選六、 實驗產(chǎn)物拍照七、 實驗思考與討論分析（1）簡述對高聚物改型工藝有哪些認識？答：。高分子聚合物作為20世紀發(fā)揮攢起來的材料，因其優(yōu)越性的綜合性能，相對將為簡便的成型工藝，以及極為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，而獲得了迅猛的發(fā)展。然而高分子材料又有諸多需要克服的缺點，例如塑料性脆不耐沖擊、耐熱性也不好，橡膠強度低、易老化等。這些問題都要求

5、對聚合物進行改性，可以說聚合物工藝科學(xué)與工程學(xué)的就是在不斷對聚合物進行改型中不斷發(fā)展起來的。聚合物改性是聚合物材料的性質(zhì)大幅提高，或者被賦予新的功能，進一步拓寬了高分子聚合物的應(yīng)用領(lǐng)域，大大提高了聚合物的工業(yè)應(yīng)用價值。高分子聚合物的改性方法多種多樣，總體上可劃分為推薦精選共混改性、填充改性、復(fù)合改性、化學(xué)改性、表面改性等幾大類。本實驗屬于化學(xué)改性。（2）試討論縮醛化反應(yīng)機理如何？催化劑的作用是什么？答：1.縮醛化反應(yīng)的方程式為：用ChemDraw做出縮醛化反應(yīng)機理如下：當(dāng)然在這里，R和R分別為聚乙烯醇的不同部位。2.氫離子在此為反應(yīng)的催化劑，由反應(yīng)機理的推導(dǎo)式可以明顯看出，反應(yīng)初期，氫離子參與

6、了縮醛化反應(yīng)，分別改變氧和碳的活潑性，使反應(yīng)容易進行，而反應(yīng)到最后，氫離子重新從反應(yīng)中釋放出來，前后沒有消耗。推薦精選故用鹽酸和氫氧化鈉控制pH值，實際上是在控制參加反應(yīng)的催化劑的濃度。當(dāng)pH過低時，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，反應(yīng)過于遲緩，甚至停止，結(jié)果往往會使聚乙烯醇縮醛化成都過低，產(chǎn)物粘性過低。可見pH即催化劑用量過多過少都會顯著影響膠水質(zhì)量。（3）為什么縮醛度增加，水溶性下降，當(dāng)達到一定的縮醛度以后，產(chǎn)物完全不溶于水？答：因為聚乙烯醇有很多親水性基團羥基，所以本身有很好的水溶性，但縮醛化反應(yīng)形成的卻是環(huán)氧醚，因此水溶性下降?？s醛化

7、程度越深，水溶性越差勁，因為聚合物中的親水基越來越少，當(dāng)縮醛化反應(yīng)達到一定程度后，產(chǎn)物會完全不溶于水。另外，隨著縮醛化程度的加深，聚合物開始大量交聯(lián)，體系粘性顯著增加，也不利于其溶于水。（4）產(chǎn)物最終為什么要把pH 調(diào)到89？試討論縮醛對酸和堿的穩(wěn)定性如何？答：1.因為在此反應(yīng)中，氫離子為催化劑，反應(yīng)結(jié)束后，應(yīng)該立即添加堿液中和掉多余的氫離子，防止反應(yīng)繼續(xù)進行。反應(yīng)之所以會繼續(xù)進行是因為，到最后不可避免的還會殘留有部分甲醛在產(chǎn)物中，如果羥基、醛基與氫離子相遇，有可能繼續(xù)反應(yīng)，最終膠水中會出現(xiàn)絮狀物，影響質(zhì)量。2.由問題（2）中，對縮醛化機理和催化劑作用的詮釋，可以明顯判斷出，酸性會加劇縮醛化，

8、而堿性則可保持產(chǎn)物的穩(wěn)定性。換句話說，縮醛在酸中活潑，在堿中穩(wěn)定。聚乙烯醇與甲醛發(fā)生縮合反應(yīng)生成縮醛物，必須在酸性介質(zhì)中進行。推薦精選酸含量低，縮醛反應(yīng)緩慢，到達反應(yīng)終點的時間長;若酸含量過高，則使反應(yīng)太過激烈而形成凝膠。（5）為什么選擇鹽酸和氫氧化鈉來調(diào)節(jié)pH值？答：之所以選擇用鹽酸和氫氧化鈉來調(diào)節(jié)主要是考慮到經(jīng)濟和簡易的原則。雖然鹽酸揮發(fā)性很強，但是可以通過不斷補充酸液來彌補，另外反應(yīng)結(jié)束后，需要除去氫離子，鹽酸的可揮發(fā)性對產(chǎn)物最終的穩(wěn)定與保存反而有積極作用。不選擇硫酸主要是考慮到它的氧化性，硫酸根對反應(yīng)可能會產(chǎn)生干擾。實際上工業(yè)中也常用磷酸，但磷酸遠沒有鹽酸在實驗室中常用。（6）影響本實

9、驗的主要因素有哪些？答：主要因素可歸納為三大類：A、溫度 溫度從動力學(xué)角度對反應(yīng)速率有顯著影響。溫度升高，反應(yīng)速率增大，溫度過高會造成反應(yīng)過于猛烈、不易控制，局部縮醛度過高，導(dǎo)致不溶于水的產(chǎn)物產(chǎn)生（類似于催化劑過量）；B、pH值 pH值控制的其實是催化劑氫離子的濃度。當(dāng)pH過低時，催化劑過量，同樣會造成局部縮醛度過高，而產(chǎn)生絮狀物沉淀。當(dāng)pH過高時，反應(yīng)過于遲緩，甚至停止，結(jié)果往往會使聚乙烯醇縮醛化成都過低，產(chǎn)物粘性過低。C、物料比（主要是甲醛的比例） 本實驗由于制造的是水溶性的膠水，對縮醛度有較高的要求。如果甲醛用量過多，則反應(yīng)速度加快，縮醛度升高，形成的聚合物水溶性變差，同時甲醛的含量超標

10、，污染環(huán)境，損害人體健康。但如果甲醛用量太少，反應(yīng)速度緩慢，縮醛度低，粘度變差，形成的涂膜易于被雨水滲透，也會顯著影響膠水質(zhì)量。（7）如何防止不溶物產(chǎn)生或防止膠水不粘？推薦精選答：由問題（6）的討論得知，產(chǎn)生不溶物和粘性小是相對應(yīng)的兩種情況。A、嚴格控制溫度。溫度過高，產(chǎn)生不溶物，溫度過低，膠水不粘。當(dāng)出現(xiàn)不溶物后，最好立刻將三口燒瓶從水浴鍋中撤出；B、嚴格控制pH值。pH值過低，產(chǎn)生不容物，pH值過高，膠水不粘。當(dāng)出現(xiàn)不溶物后，應(yīng)立即加入堿液進行中和；C、嚴格控制甲醛加入。甲醛濃度過高，產(chǎn)生不溶物，甲醛濃度過低，膠水不粘。甲醛在加入時，滴加速度不能過快，過快會導(dǎo)致甲醛來不及反應(yīng)，部分揮發(fā)掉，也造成局部甲醛濃度過大，產(chǎn)物中各分子的縮醛程度差別增大，得到的產(chǎn)物既有沉淀，又沒有粘性。因此滴加時要控制速度。（8）本次實驗的的失誤之處有哪些？答：首先，從甲醛的角度考慮，甲醛的滴加沒有問題，可能是甲醛的量稱取的稍微過量了一點。另外比較明顯的失誤是，當(dāng)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)不溶物后，本應(yīng)立即加入堿液的，但直到這時，才去稱取堿液，而由于之前實驗室沒有提前配制氫氧化鈉溶液，需要臨時配制，耽誤了大量時間。當(dāng)堿液加入時，絮狀物已經(jīng)交聯(lián)了。面對這種突發(fā)情況，又沒有采取必要措施來干擾瓶