内蒙大材料化学综合实验指导01基础改进型实验

沉淀法制备纳米级碳酸钙一、实验目的1、合成100以下左右纳米碳酸钙，掌握其基本合成技术;2、了解化学法制备纳米碳酸钙的基本原理;3、学会用IR、XRD、SEM及TEM等手段表征纳米粉末。二、实验原理纳米碳酸钙是指粒径在100nm以内的碳酸钙微粒,它具有与常规体材料不同的量子尺寸效应、表面界面效应、小尺寸等效应，以其高纯、超细、改性和功能性为标志，广泛应用于橡胶、涂料、造纸、油墨、塑料、医药和化妆品等各行各业[1-5]。纳米碳酸钙的形成是一个结晶过程，其化学反应方程式为：CaO+H2O→Ca(OH)2Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O随着Ca(OH)2中通入CO2，即碳化反应的进行，形成了CaCO3的过饱和溶液，由于浓度起伏和局部温度起伏（碳化反应是放热反应）而形成晶核。在Ca(OH)2吸收CO2形成CaCO3的过程中，反应速度极快，整个反应的主要控速因素是晶核的形成和生长。在反应初期的过饱和溶液中，大量CaCO3会均相成核，形成活性极高的非晶态碳酸钙纳米粒子，它们会吸附到Ca(OH)2颗粒表面。一方面能降低Ca(OH)2与CO2的反应速度；另一方面，利用Ca(OH)2颗粒形成中间体。由于非晶态CaCO3粒子的化学不稳定性，它们很快发生晶型转变生成CaCO3晶粒。在此反应过程中，可加入其它表面分散剂使晶体稳定存在。随着反应的进行，中间体不断的溶解、消失，晶粒就会不断生长，成为具有一定粒度和形貌的纳米粒子。在反应过程中，可控制的条件有：①氢氧化钙的浓度；②反应温度；③二氧化碳的通入量；④表面分散剂的种类、浓度和添加次序；⑤搅拌速度等。三、实验仪器及设备装置、研钵、标准筛、pH试纸等。四、实验药品二氧化碳气体、氧化钙、蒸馏水、乙二胺四乙酸、三氯化铝。五、实验步骤1、先将氧化钙（25g）与蒸馏水（1000g）在三劲瓶中配成悬浮液，CaO+H2O→Ca(OH)2该反应属于放热反应，充分搅拌后，过筛（200目标准筛）。作为表面分散剂，边搅拌边通入二氧化碳气体进行碳化反应，反应温度控制在10～30ºC。3、待溶液呈粘稠状时，加入0.5gAlCl3（晶型控制剂），继续通入CO2进行碳化反应，直至溶液pH=7~8为止。4、然后抽滤，烘干，研磨，过筛得到成品（反应时间共3~4小时）。六、结果与讨论1、计算所制得的纳米碳酸钙的产率（产率=m/[(25/56)×100]×100%）。2、通过电镜观察所制得的碳酸钙的尺寸和形貌，并计算径向。3、通过XRD测试估算纳米粉末样品的晶粒度大小。七、思考题1、影响纳米碳酸钙结构和形貌的因素有哪些？2、通过XRD、SEM、TEM可以得到纳米粉末样品的哪些信息？参考文献[1]王冰，宗成中.纳米碳酸钙在轮胎内胎与内衬层中的应用[J].橡胶工业,2005,52(8):4832484.[2]王训遒，赵文莲，蒋登高等.纳米碳酸钙在内墙涂料中的应用研究[J].新型建筑材料,2005,[3]肖仙英，郑炽嵩，胡健等.纳米碳酸钙用于造纸涂料的探索[J].纸和造纸,2002(2):33235.[4]戴长华.纳米碳酸钙的生产技术和应用[J].精细石油化工进展,2002,3(4):51255.[5]杜振霞，贾志谦，饶国瑛等.纳米碳酸钙表面改性及在涂料中的应用研究[J].北京化工大学学报,1999,26(2):83285.手糊成型技术制备玻璃钢一、实验目的1.了解不饱和聚酯的合成方法及原理；2.了解不饱和聚酯的性质和常用表征方法；3.了解不饱和聚酯玻璃钢的制备原理及性能改善的方法。二、实验原理纤维增强树脂基复合材料是目前广泛应用的一类高分子材料，具有优异的性能。不饱和聚酯玻璃钢是以不饱和树脂为基础，以玻璃纤维为填料合成的一种增强型塑料。不饱和聚酯玻备大型部件，可以代替金属作为构件材料制造汽车、小型船只及某些大型游艺设施、座椅等的外壳。聚酯玻璃钢树脂一般由线型不饱和聚酯、烯类单体、阻聚剂和促进剂等组成。线型不饱和聚酯一般由不饱和二元酸（如顺丁烯二酸或反丁烯二酸等）或不饱和酸酐与二元醇缩聚而制得。为了增加样品的弹性，常加入一定量的饱和二元酸（如邻苯二甲酸或者己二酸等）或一缩二乙二醇以减少硬化硬化时的交联键。不饱和聚酯树脂的硬化是通过线型不饱和聚酶分子中的双键与烯类单体（常用苯乙烯）上面第一个反应式的产物代表线型不饱和聚酯；第二个反应式用-CHCH-代表不饱和聚除了树脂本身的性质和质量外，树脂与玻璃布之间的结合牢固与否也是影响玻璃钢质量好坏的关键因素之一。三、实验仪器及设备主要仪器：250mL三口烧瓶，电动搅拌器，300ºC温度计，8cm蒸发皿，回流冷凝器，分水器，分水器，油浴，电热包，玻璃棒，50mL碱式滴定管，100mL碘瓶，10OmL三角瓶，25mL量筒，毛刷，模板。四、实验药品试剂：顺丁烯二酸酐，邻苯二甲酸酐，过氧化苯甲酰，0.1mol•L-1KOH乙醇溶液，1：1乙醇-苯混合液，乙二醇，苯乙烯，对苯二酚，丙酮，三乙醇胺，酚酞指示剂，聚乙烯醇糊，玻璃布，甲苯。五、实验步骤1.不饱和聚酯的制备取250mL三口瓶，安装电动搅拌器、分水器（接冷凝器)、温度计，加入9.8g顺丁烯二酸酐、22g邻苯二甲酸酐和18.6g乙二醇，60mL甲苯作溶剂（其作用在于与反应副产物水形成恒沸物，又与水不互溶，可以从反应系统中不断带出水，促使缩聚反应进行）。装置完毕后开动搅拌器，打开冷却水，逐步升温至110ºC左右，就会有回流液自冷凝管滴人回流分液管，水和甲苯自行分层，甲苯不断流回反应系统，此时温度控制在使回流液成串漓下，勿使温度太高而引起激烈沸腾。约经过2h，当分液管中水层不再升高时，放出回流分液管中的水和甲苯，并用量筒计量收集的水。此后温度升至190～210ºC之间再继续反应1.5h。此时，有残留的甲苯与过量的乙二醇被蒸出，在下层与继续蒸出的水相混。抽取试样（先停止搅拌，从插温度计的塞口用吸管吸取约0.5g试样)置于已称过的碘瓶内测量酸值。每隔半小时测一次，直至酸值大致相近反应即可完成。停止加热，在搅拌下冷却至150℃,加入对苯二酚0.0lg(约为树脂质量的0.02作阻聚剂，继续冷却至70~75ºC，加入苯乙烯13.5mL，搅拌均匀后取出，倒人三角瓶中，再用20mL丙酮分两次洗涤反应瓶中残留的树脂，一并放人三角瓶中。2.不饱和聚酯玻璃钢的涂制称取过氧化苯甲酰0.2g(约为树脂质量的1％)放人蒸发皿中，用2mL丙酮溶解，加入上述所得树脂20g，并加人三乙醇胺5滴，用玻璃棒搅拌均匀。用小刷子在已涂过聚乙烯醇脱模剂并已干燥的模板上涂一层树脂，然后铺上一层细玻璃布，再涂上一层树脂，又铺上一层硬化，不粘手时便可脱模取出玻璃钢制品。六、注意事项：1.实验应远离火源，在通风橱中进行。2.过氧化苯甲酰受强热会爆炸，必须注意避免其受强热。七、思考题1.在缩聚反应中，用甲苯作溶剂使用回流冷凝管，目的何在？2.测酸值为什么能知道缩聚反应进行的程度？3.提高不饱和聚酯玻璃钢的质量，关键点是什么？你认为还需要做哪些研究？4.参考文献[1]张留城，李佐邦等．缩合聚合．北京：化学工业出版社，1986[2]林尚安，陆耘，梁兆熙．高分子化学．北京：科学出版社，1998玻璃化学稳定性的测定一、实验目的1.进一步理解玻璃被侵蚀的机理；2.了解测定玻璃化学稳定性的各种方法及应用范围；3.掌握常用的试测玻璃化学稳定性的方法。二、实验原理侵蚀介质对玻璃的破坏过程是很复杂的。就一般情况而论，当玻璃与侵蚀介质接触时，破坏机理可分为溶解和浸析两大类。当溶解发生时，玻璃各组分以其在玻璃中存在的比例同时进入溶液（例如氢氧化物溶液、磷酸盐溶液、碳酸盐溶液、磷酸或氢氟酸等溶液）中。这种侵而形成化学稳定性较高的保护膜，玻璃的骨架没有被破坏。玻璃制品经常遇到的介质有气体和液体。气体有CO2、SO2等。液体有水（包括潮湿空气中的水蒸气）、酸液、碱液和盐类溶液等。下面简单讨论水对玻璃的侵蚀。玻璃粉末耐水性的测定从实验知道，各种酸、碱、盐的水溶液对玻璃发生破坏作用时，都是水先与玻璃表面起反应。因此可以说水是玻璃的最大“敌人”。就目前情况而言，水能与任何一种玻璃作用，只是程度不同而已。从微观角度来看，玻璃的内部是比较空旷的。即玻璃网络结构内有很大空这一水化反应的继续，Si原子周围原有的四个桥氧全部称为OH，这就是H2O分子对硅氧骨架的直接破坏。当水进一步作用时，在玻璃表面将形成一层均匀的高硅酸薄层，俗称为硅酸凝胶膜，这层薄膜具有一定的坚固性，同时又具有很强的吸附能力，使对硅酸盐玻璃的侵蚀作用只是在最初一个阶便逐步增强。在到达一定时间后，侵蚀作用基本停止。三、实验仪器及设备的标准筛各一把）、镊子、酸式滴定管（1支；5ml，刻度为0.02mL）、锤子（重约1kg）、硬质钢研钵1个、磁铁四、实验药品中性蒸馏水、无水乙醇、甲基红指示剂、标准盐酸（0.01mol/L）五、实验步骤（一）玻璃粉末的制备取100g玻璃在硬质钢研钵研细。用弱撞击的方法粉碎，玻璃碎块应在大研钵中研磨，杆应在研钵中做圆周运动，这样可以使玻璃块免受冲击而形成片状体。玻璃块研细后，使之过孔径为0.5mm和0.3mm的标准筛，去掉大于0.5mm和小于0.3mm的颗粒，取0.3mm～0.5mm粒级的颗粒做试样，过筛时最好用机械筛而不用人工筛。因为机械筛能加快筛分的速度，并能得到较均匀的粒径。此外，过筛时应先过大筛，后过小筛，过筛时间不宜过长，否则会产生大量的粉尘。将筛选出来的0.3mm～0.5mm的玻璃粉末约10g放在光滑的白纸上，摊平，用磁铁在上面反复移动，吸去研钵上落下的铁屑，直至磁铁上不再出现铁屑为止。为了除去颗粒上的细末，可用不与玻璃作用的液体（如乙醇）进行洗涤，在洗涤过程中应避免剧烈的振动，以免形成细分散的玻璃粒级。洗涤好的粉末应放入烘箱内，在100～110℃下干燥至恒重（要求两次称重过程中试样总重量误差不超过0.5mg）。干燥结束后试样移入干燥器中冷却至室温，待用。（二）玻璃粉末耐水性的测试1.往恒温水浴锅内加入足量的水，通电加热至沸待用。2.在分析天平上准确称取处理后的试样2份，每份2g（精确至0.002g）,分别放入2个外，另取一只100mL的锥形瓶，加入50mL蒸馏水作空白试验。3.上述3个锥形瓶平稳地浸入沸水浴中，浸入深度以超过刻度为限，如图29-4所示。加快升温速度，使容量瓶内温度在3min内达到（98±0.5）ºC，盖上盖子，连续加热60min，在加热中，瓶内温度应保持（98±0.5）ºC。4.用移液管从每只锥形瓶中移取25mL清液，放入相应的锥形瓶内，各加入2滴甲基红溶液，用0.01mol/L盐酸标准溶液滴定至微红色，分别记下所耗用0.01mol/L标准盐酸溶液的毫升数。六、结果和讨论从得到的两个试样测定值中分别减去空白值，然后计算出平均值，即得到结果。如果要相应碱析出量的数据，可按下式计算：Na2O(μg·g-1)=310×V(HCl)式中V——所消耗标准盐酸的体积，mL。假如在耐水等级为1和2的试样中，每个结果与平均值的误差大于±103～5级玻璃中误差大于5％，则需重新测定。玻璃的耐水等级由表3-1确定。注意：如果试验样品的厚度小于1.5mm，或者在20ºC时，玻璃的密度大于2700kg·m-3或小于2300kg·m-3时，这些数据应记录在实验报告中。为保持试样表面一致，此试样的每份质量应称取的克数改为0.8乘玻璃的密度。实验结果可按表3-2的格式记录12345/mL%123七、思考题1.影响玻璃化学稳定性的因素有哪些？在做本实验时，如何才能获得比较准确的结果？2.用盐酸进行滴定时，盐酸用量可能有偏高的现象，为什么?3.玻璃化学稳定性测定的实质是什么？参考文献1.孙淑珍，张宏泉。陶瓷工艺实验.武汉：武汉工业大学（自编教材）2.祝桂洪.陶瓷工艺实验.北京：中国建筑工业出版社，1987.043.南京玻璃纤维研究设计院.玻璃测试技术.北京：中国建筑工业出版社，1987,284-310.醋酸乙烯乳胶漆的制备一、实验目的1.学习涂料的基本知识；2.掌握醋酸乙烯乳胶漆的制法和实验技术。二、实验原理本实验中，聚醋酸乙烯酯乳液的制备是以过硫酸铵为引发剂，以乳化剂OP-10和聚乙烯醇为乳化剂，按典型的乳液聚合方法制成的。三、实验原料醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、过硫酸钾、乳化剂OP-10、邻苯二甲酸二丁酯、碳酸氢钠溶液（5、正辛醇、去离子水、羟甲基纤维素、聚甲基丙烯酸钠、六偏磷酸钠、亚硝酸钠、醋酸苯汞、滑石粉、钛白粉四、实验步骤将18mL去离子水置入150mL三口瓶中，再加入1.0g聚乙烯醇。三口瓶上装置电动搅拌器、回流冷凝管及滴液漏斗的U形加料管慢慢搅拌。加热混合物，升温至85ºC搅拌，使聚乙烯醇完全溶解。然后降温至60℃以下，加入0.2g乳化剂OP-10，0.1mL正辛醇和3ml醋酸乙烯酯。搅拌至充分乳化后，加入3滴用0.07g过硫酸钾与1mL去离子水新鲜配制的溶液。加热至瓶内温度达到65ºC时(不撤热源)，控制好温度并保持回流，直至回流减慢而温度达到80～83ºC时，在2h内加完15.5g（约16.5mL）醋酸乙烯酯，同时每隔30～40min补加1滴过硫酸钾溶液。根据回流速度，控制温度在80±2ºC的范围内，并不停搅拌。单体滴加完毕后，把余下的过硫酸钾溶液全部加入，让瓶内温度自行上升至95ºC,并在此温度下继续搅拌0.5h,冷却。当温度下降至50ºC时，加入2mL5%碳酸氢钠溶液。最后再加2g邻苯二甲酸二丁酯并搅拌30min。冷后得到白色的聚醋酸乙烯酯乳液2g左右.在烧杯中加入22mL去离子水、0.09g羟甲基纤维，在室温下搅拌至全溶。再加入0.14g六偏磷酸钠、0.28g亚硝酸钠，搅拌溶解。在强力搅拌下，依次逐渐加入7.5g滑石粉和24g钛白粉。继续强力搅拌至固体达到最大限度的分散后，才将以上制得的聚醋酸乙烯酯溶液加入。充分调配均匀。最后加氨水调pH值至8左右，制得白色的醋酸乙烯乳胶漆。参考文献水溶性酚醛树脂胶粘剂的制备一、实验目的1.学习胶粘剂的基本知识；2.掌握水溶性酚醛树脂胶粘剂的制备方法和实验技术。二、实验原理酚醛树脂是最早用于胶粘剂工业的合成树脂，至今仍大量地用于木材加工行业中。采用柔性聚合物改性的酚醛树脂结构胶粘剂，如酚醛-缩醛、酚醛-丁腈胶粘剂，在金属结构胶中占有很重要的地位，广泛应用于航空、汽车和船舶等工业中。酚醛树脂是由酚类（苯酚、甲基苯酚和间苯二酚等）与醛类（主要是甲醛，也可用糠醛）缩合得到的产物。工业用的酚醛树脂分为线型酚醛树脂和体型酚醛树脂两类，它们在制法、结构、性能和应用等方面大不相同。见表5-1脂酸<1构法化热使用最普遍的酚醛树脂是以苯酚和甲醛为原料，在酸或碱的催化下进行缩合反应而成的树脂。在酸性介质，苯酚和甲醛反应，生成线型结构的化合物，其结构可示意如下：由于甲醛与苯酚加成反应的速度远低于所生成的羟甲基进一步缩合的速度，所以在线型酚醛树脂中基本上不存在羟甲基。甲基的加成及羟甲基的缩合可在苯环上酚羟基的邻位和对位表示），在固化时将与固化剂作用，发生主链的增长和交联。在碱性介质中，羟甲基的缩合反应比甲基与苯酚的加成要慢，因此在反应初期生成大量的羟甲基取代酚。羟甲基苯酚进一步缩合，转变为高度支化的低聚物。可溶于水及有机溶剂的产物称为第一阶段（A阶、甲阶）酚醛树脂或可溶性酚醛树脂。随着反应进程的深入，产物分子不断增大，生成第二阶段（B阶、乙阶）的不溶于水的可凝性酚醛树脂。B阶树脂进一步缩合，转化为不熔不溶的第三阶段（C阶、丙阶）酚醛树脂。用作胶粘剂的酚醛树脂都是A阶树脂，