聚乙烯醇缩甲醛

1、化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：聚乙烯醇缩甲醛的制备与分析年级: 2011级材料化学 日期：2013-11-3姓名：周福川 学号： 同组人：王检一、预习部分早在 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。利用“缩醛化”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)。PVF随缩醛化程度不同，性质和用途有所不同。控制缩醛在35%左右，就得到了人们称为“维纶”的纤维(vinylon)。维纶的强度是棉花的1.52.0倍，吸湿性5%，接近天然纤维,又称为"合成棉花"。在

2、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，乙酸基和醛基，因此有较强的粘接性能，可作胶水使用，用来粘结金属、木材、皮革、玻璃、陶瓷、橡胶等。 聚乙烯醇与甲醛反应分两步进行:首先 ,甲醛与聚乙烯醇链上的一个轻基结合生成半缩醛 ,该步反应无需酸催化。其次,生成的半缩醛在酸催化下转化成正碳离子 ,而后与相邻的轻基作用得到缩醛1。其反应如下： 聚乙烯醇可以与醛类(甲醛、乙醛、丁醛)进行特征反应缩醛反应，生成六元环缩醛结构。聚乙烯醇缩甲醛是由聚乙烯醇相邻的羟基之间与甲醛作用，生成1，3二氧六环的环状物。当然醛的羰基也可能与两个聚乙烯醇大分子中的两个羟基进行缩醛反应，这样就会形成大

3、分子之间交联的网型结构的聚合物。甲醛化反应可分为两种，一种是在聚乙烯醇的水溶液中进行；另一种是利用固体的聚乙烯醇进行反应。聚乙烯醇纤维在水溶液反应中，醛基沿着聚乙烯醇的链呈不规则性地与羟基反应。但是在固体反应中情况就不同了，试剂进入聚乙烯醇的非结晶部分进行反应，结晶部分则不反应。低温下，聚乙烯醇若经200进行热处理结晶度可50以上。结晶度低的易溶于水结晶度高的则不易溶于水，经200热处理的聚乙烯醇固体，即使在80的热水中也不溶。维尼纶纤维的生产，就是利用将聚乙烯醇纤维延伸，热处理，使结晶度提高之后再甲醛化反应。经适度的甲醛化后，有少量的交联发生，变成热水不溶，也不收缩的纤维。由于几率效应，聚乙

4、烯醇中邻近羟基成环后，中间往往会夹着一些无法成环的孤立的羟基，因此缩醛化反应不能完全。为了定量表示缩醛化的程度，定义已缩合的羟基量占原始羟基量的百分数为缩醛度。聚乙烯醇是水溶性的高聚物，如果用甲醛将它进行部分缩甲醛化，随着缩醛度的增加，水溶性愈差。作为维尼纶纤维的聚乙烯醇缩甲醛的缩醛度一般控制在35%左右。它不溶于水，是性能优良的合成纤维。本实验是合成水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶水。反应过程中须控制较低的缩醛度，使产物保持水溶性。如反应过于猛烈，则会造成局部高缩醛度，导致不溶性物质存在于水中，影响胶水质量。因此在反应过程中，特别要注意严格控制催化剂用量、反应温度、反应时间及反应物比例等因素。聚乙烯醇

5、缩甲醛随缩醛化程度的不同，性质和用途各有所不同。它能溶于甲酸、乙酸、二氧六环、氯化烃（二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷）、乙醇-苯混合物（30：70）、乙醇-甲苯混合物（40：60）以及60%的含水乙醇等。本实验中，由于缩醛化反应的程度较低，胶水中尚含有未反应的甲醛，产物往往有甲醛的刺激性气味。缩醛基团在碱性环境下较稳定，故要调整胶水的pH值。二.合成工艺工业上维纶纤维的制造是将聚乙烯醇溶于水中，制得15%左右水溶液,通过0.07毫米左右孔径的喷丝头,在饱和的硫酸钠水溶液凝固浴中制得纤维，再经拉伸及热处理，提高强度及耐热水性；然后在催化剂硫酸存在下，与甲醛进行缩醛化反应，温度约70，时间2030分钟，

6、经水洗，上油即得维纶纤维。维纶纤维有短纤维、丝束及长丝等品种，其中以棉型短纤维及丝束最为普遍。维纶纤维相对密度1.261.30，软化点220230，水中软化点110；棉型短纤维的纤度1.4旦（定长9000米质量1克为1旦）；干湿强度分别为5.4克力/旦、4.3克力/旦，干湿伸度分别为16.5%、17.5%，杨氏模数550千克力/毫米,弹性恢复率(3%)70%。维纶纤维的特点是强度高、韧性好、耐磨、耐酸碱、湿强度高、不怕霉蛀等；缺点是弹性、染色性和尺寸稳定性较差。维纶纤维主要用来制作衣服，也可用于制造各种缆绳，帆布，农用防风、防寒纱布等。2.1聚乙烯醇缩甲醛的发展历程聚乙烯醇缩甲醛胶最初只是代替

7、浆糊及动植物胶，用作文具胶水及粘贴皮鞋衬里等用。70年代开始用于民用建筑，80年代则广泛用于多种壁纸、玻璃纤维墙布、多种墙板、瓷砖之粘贴，用作大白粉浆、石灰浆、多种腻子的粘结剂，还用作内外墙涂料，水泥地面涂料的基础及外墙饰面，墙体处理等多方面。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2。2.2聚乙烯醇缩甲醛的性质聚乙烯醇缩甲醛简称（PVFM）或（PVFO）。聚乙烯醇与甲醛作用而成的高分子化合物。微带草黄色固体。有热塑性。密度1.2。软化点约190。热变型温度6575。吸水率约1%。溶于丙酮、氯化烃、乙酸、酚类。主

8、要用于制造耐磨耗的高强度漆包线涂料和金属、木材、橡胶、玻璃层压塑料之间的胶粘剂，作为层压塑料的中间层以及制造冲击强度高、压缩弹性模量大的泡沫塑料3。聚乙烯醇缩甲醛纤维商品名称维尼纶。溶于二氯乙烷、二氧六环、醇类、甲酸、乙酸、酚类、糠醛等溶剂中。具有良好的粘接性、耐水性、耐油性、耐酸性、耐碱性、电气绝缘性。2.3聚乙烯醇缩甲醛的特点(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液，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

9、材料粘接强度差，只能作非结构胶粘剂使用4。2.4 作用2.4.1聚乙烯醇缩甲醛胶的应用聚乙烯醇缩甲醛的性质和用途，随着聚乙烯醇原料、制造方法和缩醛化程度的不同而有很大差别。工业上最主要的用途是制作维纶纤维。聚乙烯醇缩甲醛除用于维纶纤维外，还可用作发泡剂、研磨材料、胶粘剂、电气绝缘材料等。2.4.2改性聚乙烯醇缩甲醛胶的应用（1）用于木材与木材之间的粘接 此胶用于木材与木材之间的粘接，其用法与传统的白乳胶用法相似，使用时将此胶液均匀地涂布于待粘的平整而光滑的木材表面，然后压紧，瞬时可定位， 35小时后即可使用，24小时后达到最大粘接 强度。因此，它可取代传统的白乳胶。广泛应用于家具、木器制造业中

10、木材与木材之间的粘接及加固。因用聚丙烯酸酯和硅溶胶改性，其耐水防潮性比传统白乳胶更好。 （2）用于木板水泥之间的粘贴 本产品可用于一般木地板与水泥地面或木装饰 板与水泥墙面之间的粘贴，其粘接强度比目前市售的聚乙烯醇缩甲醛木地板胶水要高20以上。因此，它可以广泛应用于室内装饰中木地板或木装饰板与水泥地墙面之间的粘贴，其用法与普通木地板胶水一样。 （3）用于装饰布(纸)水泥墙面之间的粘贴 该产品可广泛用于室内各种装饰布或装饰纸与水泥墙面之间的粘贴。使用时，将本胶液均匀地涂刷在平整无灰的水泥墙面上，然后将待粘贴的装饰布(纸)均匀地铺展于涂胶墙面即可。 （4）用于纸纸之间的粘贴 该胶可用于各种纸品之间

11、的粘贴，若用于大量纸品快速涂胶生产线时，可用1020的水稀释本胶液至合适的施工粘度为止，干后其粘接强度比目前市场上销售的普通文具胶水要高1020，且干后仍呈无色透明状，对纸品外观无 任何影响。用于瓷砖马赛克与水泥墙(地) 面之间的粘贴 该胶用于瓷砖、马赛克与水泥墙(地)面的粘贴时，将水与此胶按3：l比例调匀后，加调于白水泥或普通水泥中，边加边调至均匀糊状膏状液，然后将此糊状胶涂刮在水泥墙(地)面上，再将待粘的瓷砖或马赛克按压于涂胶面即可。用此胶虽然成本比普通水泥粘贴瓷砖要高一些，但其防振性、防碎裂性、隔潮性以及使用寿命等均比水泥要好得多，是一种新型的瓷砖粘合剂。 （5）用于内外墙通用涂料的基料

12、 此胶可作为基料直接生产内外墙通用涂料，生产时，按胶液：水：颜填料 = 3：4：3之比(质量比)混合搅拌均匀或用砂磨机研磨均匀后，即可得到内外墙通用建筑涂料，其耐水、耐磨性和耐候性比传统的106、107涂料要好得多。也可替代建筑乳胶漆用于外墙装饰涂料，其中颜填料是由金红石型钛白粉、轻质碳酸钙和重质碳酸钙(双飞粉)按一定比例混配而成。若将本胶液与水按1：1质量混合并搅拌均匀后加调于双飞粉中，至膏糊状粘度即得到涂刮型内外墙仿瓷涂料，同时具有装饰和填平墙面作用5。2.5展望 用聚丙烯酸酯和硅溶胶改性聚乙烯醇缩甲醛所得的新型改性胶与传统的聚醋酸乙烯酯白乳胶比较，具有抗冻性好、贮存稳定好、粘性强度高、成本更低、用途更广泛等特点， 因而是目前白乳胶的理想换代产品，值得大力推广与应用。三、实验部分（一）、实验目的（见讲义）（二）、实验原理（见讲义）（三）、仪器及药品（见讲义）（四）、实验步骤（见讲义）四、实验结果结果图：水：二甲苯：实验条件及测试结果记录于下表项目产品润湿否亲水性水二甲苯聚乙烯醇缩甲醛膜473可润湿疏水实验结果分析：由表知，水在聚乙烯醇缩甲醛薄膜上的润湿角较大但小于90度，而二甲苯在聚乙烯缩甲醛薄膜上比较小；则可知，二甲苯在聚乙烯醇缩甲醛上的润湿程度较大，二水在此薄膜上的润湿程度较小，所以从水与样品的接触角来看，此样品属于疏水类型的。六、思考题回答