聚乙烯醇缩甲醛的合成
聚乙烯醇缩甲醛(107胶)的合成
摘 要:本实验主要研究了通过聚乙烯醇的缩醛化来改变其耐水性,探究了聚乙
烯醇缩甲醛的合成条件和粘度的影响因素。
关键词:聚乙烯醇缩甲醛;缩醛度;胶黏剂;粘度;甲醛
1 引 言
聚乙烯醇缩甲醛胶(商品名107胶)是一种目前广泛使用的合成胶水, 无色透明溶液,易
[1]溶于水。与传统的浆糊相比具有许多优点:①、初粘性好,特别适合于牛皮纸和其它纸张的
粘合;②、粘合力强;③、贮存稳定,长久放置不变质;④、生产成本低廉。国内有许多厂家生
产此胶水。因此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粘合
剂等。近年来,为了适应市场需求人们对聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂进行了大量的改性研究,无
论在合成工艺上还是在胶液的性能方面都有显著的提高。本实验以聚乙烯醇缩甲醛为例, 我
们对其合成过程所用的催化剂、缩合温度等对胶水质量有影响的因素进行了试验研究和探讨,
摸索出更佳更合理的工艺条件。
2 实验原理
聚乙烯醇分子中含有的羟基(—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。
2.1 缩聚反应
H
CH2CHCH2CH2CHCH2+HCl加热
+H2OCH2CHCHCHCH2
CHCHCH2
通过控制缩醛度,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。
3 实验部分
3.1 主要试剂和仪器
3.1.1 试剂
聚乙烯醇,浓盐酸,甲醛,氢氧化钠,硫酸等
3.1.2 仪器
搅拌器,球形冷凝管,温度计,滴液漏斗,三口烧瓶等
3.2 实验步骤
3.2.1 聚乙烯醇的溶解
在装有搅拌器、球形冷凝管、温度计的三口烧瓶中加入4.5g聚乙烯醇50ml去离子水,
开动搅拌,逐渐加热升温至90℃,直至聚乙烯醇完全溶解。
3.2.2 聚乙烯醇的缩醛化反应
在不断搅拌下用滴管滴加浓盐酸,调节pH=2~2.5;量取5mL甲醛,用滴管将其慢慢滴
加到三口烧瓶内,约在3min内滴完,继续搅拌30min;停止加热,滴加配制好的10﹪的氢
氧化钠溶液,调节pH=8~9,即得聚乙烯醇缩甲醛胶(107胶)。
3.2.3 产品纯度测定
将洁净、干燥的涂-4粘度计至于固定架上,用水平螺丝固定架使其处于水平状态;用
手指按住粘度计底部小孔,将冷却到室温的胶黏剂倒入粘度计至满后,用玻璃棒沿水平方向
抹去多余试样;将承受杯置于粘度计正下方,松开手指,记录胶黏剂由细流状流出转变为滴
流状流出所需时间。
4 实验结果
在本实验的条件和操作下,得到一种微黄色至无定形粘稠状液体,在低温下呈现流动
性,具有一定的粘结性和耐水性,其粘度用胶黏剂流出粘度计的时间表示。
即胶黏剂流出粘度计的时间150s。
5 实验讨论
5.1 催化剂对缩合反应的影响
实验中的浓盐酸在聚乙烯醇缩甲醛胶合成中是起催化作用的,按形成缩醛的机理酸先使
甲醛的羰基质子化,然后,聚乙烯醇中的羟基氧进攻带电正性的羰基碳形成半缩醛,进而形成
缩醛。所以,先将甲醛与酸混合再加到已溶解的聚乙烯醇中,有利于缩合反应的发生。另外,
形成缩醛的反应应在强酸介质中进行。酸度太低,缩合反应很难达到终点,同时在较高温度下
逆反应即缩醛的解离反应加快,致使制得的胶水粘性不强;但酸度太强,缩合终点难以控制,容
易形成链段间的缩醛而得凝胶,粘性也不强。
5.2 温度对缩合反应的影响
聚乙烯醇是一种具有大量强亲水性羟基的聚合物。在分子间和分子内的羟基之间存在
着很强的氢键,显著阻碍着聚乙烯醇在水中的溶解,因此,当温度不高时,聚乙烯醇很难完全溶
解,制得的胶水缩合度不均匀,外观不透明。为了保证聚乙烯醇溶解完全,链条完全打开与甲醛
缩合,就应在较高温度下溶解。在缩合过程中,温度的控制对聚乙烯醇缩甲醛胶的质量影响也
很大。温度过低,缩合反应进行得缓慢,缩醛度过小,粘性及抗冻性不好;温度过高,一方面,缩合
反应过快,终点难以控制,另一方面链段间形成缩醛的反应也加剧,易得失水的凝胶,还可能使
[2]聚乙烯醇焦化。根据我们的试验,缩合温度维持在90℃左右较佳。
5.3 甲醛用量对缩合反应的影响
甲醛作为反应物之一,自然对缩合反应有很大影响,甲醛用量大,反应速率也就快,反之亦
然。因为,有甲醛存在,会阻止缩合反应的顺利进行,还可能在缩合过程中继续与聚乙
烯醇缩合,导致缩合度过高,使胶体失水。因此,缩合反应一旦结束,必须用尿素之类的物质及
时去除残留的甲醛。
6 实验结论
通过实验,聚乙烯醇缩甲醛的合成条件为:温度控制在90℃左右,pH控制在2~2.5
之间,同时需将先将甲醛与酸混合再加到完全溶解的聚乙烯醇中,有利于缩合反应的发生。
参考文献:
[1]李东光,瞿怀风.48种实用化学产品制造技术[M].北京:金盾出版社,1990.110—112.
[2]谢国豪等,聚乙烯醇缩甲醛胶工艺的研究.江西:上饶师范学院,2001.第21卷.