开设聚乙烯醇缩甲醛合成实验的实践与分析 唐晓红

1、开设聚乙烯醇缩甲醛合成实验的实践与分析 唐晓红摘要为了使学生加深对缩聚反应的理解，在应用化工实验课程中增开聚乙烯醇缩甲醛的合成实验：摈弃传统按部就班的实验方法，通过正反实验的对比，将学生分组，分别探讨催化剂用量、反应温度、反应时间、反应物比例及胶水的pH值等对实验结果的影响，增强学生的实验兴趣，巩固学生的理论知识。关键词聚乙烯醇缩甲醛；缩聚反应；正反实验中图分类号：G642423文献标识码：B文章编号：1671489X(2011)330135-02PracticeandAnalysisOffOpeningSynthesisExperimentofPolyvinylFormalTangXiaoh

2、ong，HanChunliangAbstractFormakingstudentstodeepenunderstandingofthepOlycOndensationreaction，thesynthesiSexperimentofpolyvinylformalwasopenedintheexperimentcourseonapplicationchemica1Byrejectingtheexperimentmethodoftraditionalstepbystepandcomparisonofpositiveandnegativeexperiment，Theinfluenceofcataly

3、stdosage，reactiontemperature，reactiontime，reactantratioandgluepHvalueontheexperimentresultwasexploredrespectivelyinmakingstudentgroupThestudentsinterestintheexperimentwasenhanced，andthetheoreticalknowledgeofstudentswasconsolidatedKeywQrdspolyvinylformal：po1yc0ndensationreaction：positiveandnegativeex

4、perimentAuthorSaddressDepartmentofChemistry，HenanInstituteofEducation，Zhengzhou，China450046早在1931年，人们就已经研制出聚乙烯醇(PVA)的纤维，但由于PVA的水溶性而无法实际应用。不过，利用“缩醛化”则可减少其水溶性，就使得PVA有了较大的实际应用价值。用甲醛进行缩醛化反应得到聚乙烯醇缩甲醛(PVF)。在PVF分子中，如果控制其缩醛度在较低水平，由于PVF分子中含有羟基、乙酰基和醛基等，因此有较强的粘接性能，可作胶水使用，用来粘接金属、木材、陶瓷、皮革、玻璃和橡胶等。一直以来，许多科研生产单位对其生

5、产工艺和改性措施进行大量的研究。聚乙烯醇缩甲醛的合成反应属于缩聚反应，缩聚反应是一类有机化学反应，是具有两个或两个以上官能团的单体，相互反应生成高分子化合物，同时产生简单分子(如H0、Hx、醇等)的化学反应，因此缩聚反应兼有缩合出低分子和聚合成高分子的双重含义，反应产物称为缩聚物，缩聚反应的本质可看作取代。缩聚反应是合成高分子化合物的基本反应之一，在有机高分子化工领域有着重要的应用。为了使学生加深对缩聚反应的理解，在应用化工实验课程中增开聚乙烯醇缩甲醛的合成实验。摈弃传统按部就班的实验方法，通过正反实验的对比，将学生分组，分别探讨催化剂用量、反应温度、反应时间、反应物比例及胶水的pH值等对实验

6、结果的影响，增强学生的实验兴趣，巩固学生的理论知识。1正面实验(第一组学生)本实验是合成水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶水，反应过程中需控制较低的缩醛度，使产物保持水溶性。如若反应过于猛烈，则会造成局部高缩醛度，导致不溶性物质存在于胶水中，影响胶水质量。因此在反应过程中，要特别注意作者：唐晓红，硕士，讲师，主要研究方向为物理化学及工业催化。严格控制催化剂用量、反应温度、反应时间、反应物比例及胶水的pH值等因素。聚乙烯醇缩甲醛是利用聚乙烯醇与甲醛在盐酸催化的作用下而制得的。其反应式如下：Il一a斑薹c鼍蕾一+ICIOI_(麓疆C薹嘣+H2o0HoHll镥【r_高分子链上的羟基未必能全部进行缩醛化反应，会有

7、一部分羟基残留下来。教师在实验前准备好本实验的主要仪器，有恒温水浴一套、电动搅拌器一台、温度计一支、250ml三口烧瓶一个、球形冷凝管一支。主要试剂有聚乙烯醇1799(PVA)、甲醛水溶液(40工业甲醛)、盐酸、氢氧化钠、去离子水。实验时，将学生分成6组，让各组学生按图l搭好反应装置。1)在三口烧瓶中加入90m1去离子水和17gPVA，在搅拌下升温溶解。2)升温Jl90，待PvA全部溶解后，降温至85左右加入3m1甲醛搅拌15分钟，滴加l：4的盐酸溶液，控制反应体系pH值13，保持反应温度9O左右。3)继续搅拌，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8的NaOH溶液1

8、5ml左右，调节pH值为89，冷却、出料，获得无色透明的粘稠液体即胶水。2反面实验21催化剂用量的影响(第二组学生)1)在三口烧瓶中加入90ml去离子水和17gPVA，在2011年l1月下第33期(总第搅拌下升温溶解。2)升温到90，待PVA全部溶解后，降温至85左右，加入3m1甲醛搅拌15分钟，滴加1：4的盐酸at溶液，控制反应体系pH值小于1(增加催化剂用量)，保持反应温度9O左右。3)继续搅拌，反应体系很快变稠(1，拽拌I2。四氟塞。3。i帔计。lI嗽计套管。(现象与正面实验不s。回流冷凝管。6l三口烧瓶)同)。当体系中出现图1聚乙烯醇缩甲醛反应装置图气泡或有絮状物产生时，迅速加入8的N

9、aOH溶液15ml左右，调节pH值为89，冷却、出料，所获得的胶水中有不溶性物质(结果与正面实验不同)。现象解释：这是由于催化剂过多，反应过于猛烈，造成局部高缩醛度，导致不溶性物质存在于胶水中。22反应温度的影响(第三组学生)1)在三口烧瓶中加入9Om1去离子水和17gPVA，在搅拌下升温溶解。2)升温到90，待PVA全部溶解后，降温至85左右加入3m1甲醛搅拌15分钟，滴11：4的盐酸溶液，控制反应体系pH值13，使反应温度升至100(升高反应温度)。3)继续搅拌，反应液暴沸(现象与正面实验不同)。当体系中出现气泡或有絮状物产生时，迅速加入8的NaOH溶液15m1左右，调节pH值为89，冷却、出料，所获得的胶水比较稠(结果与正面实验不同)。现象解释：这是由于反应温度对反应速度影响很大，反应温度愈高，反应速度愈快，造成相对分子质量过大、游离醛含量高和粘度过大等问题。23反应时间的影响(第四组学生)1)在三口烧瓶中加入90ml去离子水和17gPVA，在搅拌下升温溶解。2)升温到9O，待PVA全部溶解后，降温至85左右加入3ml甲醛搅拌l5分钟，滴Jill：4的盐酸