第十二章-精细化工实验技术

1、精细化工试验技术,第十二章粘合剂 一、粘合剂及其分类 二、粘合剂的应用 三、粘合剂发展概况 实验二十 聚醋酸乙烯乳液的制备 实验二十一 聚乙烯醇缩甲醛的制备 实验二十二 环氧树脂胶粘剂的合成及配制,粘合剂,一、粘合剂及其分类 粘合剂（adhesive, bond）是指能使一种物体的表面与另一种物体的表面相互粘接的物质。粘合剂多为混合物，其组成主要包括基料（粘料）、固化剂、填料、增塑剂、稀释剂、偶联剂、稳定剂和防霉剂等。 按其形态可分为水基粘合剂、溶剂型粘合剂、乳液型和胶乳型粘合剂、无溶剂型粘合剂、膜状粘合剂、热熔型粘合剂六类；按其化学结构可分为热塑性树脂粘合剂、热固性树脂粘合剂、橡胶类粘合剂、

2、无机粘合剂、天然粘合剂五类；按其性能可分为压敏粘合剂、再湿粘合剂、瞬干粘合剂、厌氧粘合剂、耐高温和耐低温粘合剂、微胶囊粘合剂六类；,粘合剂,按其用途可分为结构用粘合剂、非结构用用粘合剂、木材用粘合剂、金属用粘合剂、塑料用粘合剂、纸张和包装用粘合剂、纤维用粘合剂、橡胶用粘合剂、土木建筑用粘合剂、玻璃用粘合剂、车辆用粘合剂、飞机和船舰用粘合剂、电气和电子工业用粘合剂、生物体和医疗用粘合剂十四类。 最新发展的粘合剂还有无污染粘合剂、第二代丙烯酸酯类粘合剂、光固化和电子射线固化粘合剂、导电粘合剂四类。,粘合剂,二、粘合剂的应用 粘合剂广泛应用于国民经济的各个领域，从儿童玩具的生产、工艺美术品的制作到飞

3、机、火箭、人造卫星的制造等，到处都可以找到粘合剂的应用。粘合剂既能很好的连接各种金属和非金属材料，又能对性能相差悬殊的基材，如金属和塑料、水泥和木材，橡胶和帆布等实现良好的连接，并且工艺简单、生产效率高、成本低廉。目前，木材加工业、建筑和包装行业仍是粘合剂的大宗消费对象，其用量接近全部粘合剂用量的90%。其次是纺织、密封、腻子、汽车、航天航空、民用制品等。另外，粘合剂在机械维修和磨损部件尺寸修复方面也发挥着很大的作用。,粘合剂,三、粘合剂发展概况 1.基料方面 将不同性能的材料进行共混、共聚及拼用可以取长补短，提高胶层的综合性能。 2.剂型方面 将水基胶代替有机溶剂胶，以无溶剂胶代替溶剂型胶已

4、成为一种新的倾向。 3.固化方面 光固化、电子束固化的胶种生产量增大。 4.性能方面 性能方面要求多样化、高综合性能化、耐高低温化。,粘合剂,实验二十 聚醋酸乙烯乳液的制备 一、实验目标 1.了解自由基型加聚反应的原理。 2.掌握聚醋酸乙烯酯乳液的制备方法。 二、产品特性与用途 聚醋酸乙烯（简称PVAC）乳液又称白乳胶，为乳白色粘稠浓厚液体，是一种应用广泛的胶粘剂。具有良好的粘接能力，可在540的温度范围内使用；有良好的成膜性，且无毒、无臭、无腐蚀性，但耐水性差；这种乳液稳定性好，由于使用水作分散介质，具有经济、安全和环保等优点。 醋酸乙烯酯乳液胶粘剂主要用于木材、纸张、纺织等材料的粘接以及掺

5、入水泥中提高强度，也是醋酸乙烯乳胶涂料的原料。,粘合剂,三、实验原理 醋酸乙烯酯聚合是自由基型聚合反应。醋酸乙烯酯为单体，过硫酸铵为引发剂，在一定的温度条件下，使单体醋酸乙烯酯聚合生成聚醋酸乙烯酯。 本实验采用乳液聚合的方法，以聚乙烯醇为分散剂、以OP-10为乳化剂，在乳液体系中进行聚合。乳液聚合体系的主要成分有分散介质、乳化剂、单体以及引发剂。所用的分散介质一般为水，所用的乳化剂通常为阴离子型的表面活性剂，也可采用非离子型表面活性剂或两种同时并用。,粘合剂,四、主要仪器与药品 1. 主要仪器 四口反应瓶、球形冷凝管、温度计、氮气导管、滴液漏斗、电动搅拌装置一套、恒温水浴锅。 2. 主要药品

6、醋酸乙烯酯（精制）、聚乙烯醇1799、乳化剂OP-10、去离子水、过硫酸铵、碳酸氢钠、邻苯二甲酸二丁酯。,粘合剂,五、实验内容与操作步骤 1. 溶解聚乙烯醇 在装有电动搅拌装置、球形冷凝管、滴液漏斗、温度计和氮气导管的250 mL的四口反应瓶中，加入聚乙烯醇3.0g，去离子水50 mL，开动搅拌；水浴温度逐渐升至80，恒定，至聚乙烯醇全部溶解。 2. 配制溶液 称取0.3 g过硫酸铵，溶于3 mL水中，配成10%的溶液。 3. 聚合 在已溶解的聚乙烯醇溶液中，加入1g乳化剂OP-10，搅拌并降温至60。 向上述乳液中加入11 mL醋酸乙烯酯，及配制的过硫酸铵溶液1/4（约1.2 mL）；通氮气

7、置换空气，保持温度在6065（回流）反应。,粘合剂, 待温度升至8083时回流逐渐减少，开始用滴液漏斗缓慢滴入43mL醋酸乙烯酯，控制滴加速度，以使反应温度保持在802之间，有适度回流为宜，约在2h内加完；在滴加醋酸乙烯酯期间，分34次加入引发剂溶液1.2 mL。 单体滴加完后，将余下的引发剂溶液一次加入，待反应温度升至9095，保持30min，停止反应。 乳液冷却至50时，用10%碳酸氢钠溶液调节pH=56；加入邻苯二甲酸二丁酯5g，搅拌均匀，冷至室温，出料。 4. 测定产品固含量 将干净的称量瓶准确称量后，加入11.5 g产品，再准确称量后，放入烘箱，在110的条件下烘25h，取出置于干燥

8、器中冷却，再准确称重。,粘合剂,六、实验记录与数据处理 1.实验记录 聚醋酸乙烯酯乳液外观： 。 称量瓶质量： g；烘干前（称量瓶+样品）的质量： g；烘干后（称量瓶+样品）的质量： g。 2. 数据处理,粘合剂,七、安全与环保 1. 醋酸乙烯酯是有刺激性臭味的透明液体，稍有毒性，易燃易爆、易挥发易自聚，使用时必须注意安全，并避免吸入蒸气。 2. 引发剂不能一次加入太多，否则聚合速度太快，所放出的大量反应热来不及散发，使物料温度迅速上升，这又导致聚合速度更快，造成恶性循环，使反应不能控制，这种现象称为爆聚。发生爆聚时，轻则冲料，重则爆炸。为了使反应平稳，引发剂和单体都应逐步加入。,粘合剂,实验

9、二十一聚乙烯醇缩甲醛的制备 一、实验目标 1. 掌握聚乙烯醇缩甲醛胶的合成原理和方法。 2. 熟悉聚乙烯醇缩甲醛胶的分析检测方法。 3. 了解涂-4粘度计的使用方法。 二、产品特性与用途 聚乙烯醇缩甲醛又称107胶，无色透明溶液，易溶于水。 聚乙烯醇缩甲醛胶具有粘接力强，粘度大，耐水性强，成本低廉等优点，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。,粘合剂,三、实验原理 1. 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粘剂使用。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。 通过控制缩醛度（聚乙烯醇缩甲醛中所

10、含缩醛基的百分数），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。,粘合剂,2. 对胶水质量的检验，主要是测定其粘度和缩醛度，通过测定胶水中的游离甲醛量可以了解缩醛化反应完成的情况以及该反应条件下缩醛度的大小。胶水中游离甲醛量少，表明缩醛度高；反之，则表示缩醛度低。 甲醛的测定是利用NaHSO3与HCHO的加成反应生成NaOH，用酸标准滴定溶液滴定至百里酚酞由蓝色变无色为终点。 NaHSO3溶液不稳定，实际使用的是Na2SO3。在测定时，先在Na2SO3溶液中，用H2SO4溶液滴加至百里酚酞蓝色消失，Na2SO3形成NaHSO3；再与甲醛进行加成反应。,粘合剂,3. 粘度的测定采用涂

11、4粘度计（一种简易粘度计，如图12-1所示）。在20时，测定100mL胶水从规定直径（4）的孔中流出所需时间（s），并以该流出时间表示粘度的大小。本实验要求合成的胶水粘度约在70 s左右。,粘合剂,四、主要仪器与药品 1. 主要仪器 四口瓶、电动搅拌装置一套、球形冷凝管、温度计、滴液漏斗、水浴锅、秒表、涂4粘度计、锥形瓶。 2. 主要药品 聚乙烯醇（1799）、甲醛（36%）、盐酸（浓）、氢氧化钠（10%）、硫酸 、亚硫酸钠溶液（0.5 mol/L）、百里酚酞（1g/L）。,粘合剂,五、实验内容与操作步骤 1. 聚乙烯醇的溶解 在装有搅拌器、球形冷凝管、温度计和滴液漏斗的四口瓶中加入13.5g

12、聚乙烯醇和150 mL去离子水，开动搅拌,逐渐加热升温到90，直到聚乙烯醇完全溶解。 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=22.5。 量取5mL甲醛，用滴液漏斗将其慢慢滴加到四口瓶内，约在30 min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=89，即得聚乙烯醇缩甲醛胶（107胶）。,粘合剂,3. 测定产品粘度 如图所示，将洁净、干燥的涂-4粘度计置于固定架上，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，将冷却到室温的胶水倒入粘度计至满后，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，

13、记录胶水由细流状流出转变为滴流状流出所需时间。 4. 测定游离甲醛含量 量取50mlNa2SO3溶液，置于250ml锥形瓶中，加三滴百里酚酞指示液，用的H2SO4标准溶液滴定至蓝色恰好消失。 称取产品试样2630g（准确至0.0002g），加入已中和过的上述溶液，再用H2SO4标准溶液滴室至浅蓝色消失为终点。,粘合剂,5. 测定产品固含量 将干净的称量瓶准确称量后，加入11.5 g产品，再准确称量后，放入烘箱，在110的条件下烘25h，取出置于干燥器中冷却，再准确称重。 六、实验记录与数据处理 1. 实验记录 胶水流出所需时间： s； 胶水试样质量： g；滴定胶水消耗的标准H2SO4溶液的体积

14、： mL； 称量瓶质量： g；烘干前（称量瓶+样品）的质量： g；烘干后（称量瓶+样品）的质量： g。,粘合剂,2. 数据处理 甲醛含量计算 式中：V滴定胶水消耗的标准H2SO4溶液的体积，mL； cH2SO4标准溶液的浓度，mol/L； m胶水试样的质量，g； MHCHO甲醛的摩尔质量，取30.03 g/ mol； 本实验合成的胶水要求游离甲醛量1.2%。,粘合剂, 固含量计算 七、安全与环保 如果在聚乙烯醇缩甲醛胶（107胶）中，加入尿素进行氨基化处理，可得改性聚乙烯醇缩甲醛胶（801胶）。使用改性聚乙烯醇缩甲醛胶（801胶），可以减少甲醛对环境的污染。,粘合剂,实验二十二环氧树脂胶粘剂的

15、合成及配制 一、实验目标 1. 掌握双酚A型环氧树脂的实验室制法。 2. 了解环氧值的测定方法和一般环氧树脂胶粘剂的配制方法和应用。 二、产品特性与用途 双酚A型环氧树脂有低分子量、中等分子量和高分子量三种。双酚A型低分子量环氧树脂，学名双酚A二缩水甘油醚、E型环氧树脂，为黄色或琥珀色高粘度透明液体，软化点低于50，分子量小于700，易溶于二甲苯、甲乙酮等有机溶剂。通常环氧树脂胶粘剂大多采用低分子量环氧树脂，而热熔胶采用高分子量环氧树脂。,粘合剂,三、实验原理 1. 双酚A型环氧树脂的合成原理 双酚A型环氧树脂由环氧氯丙烷与双酚A在氢氧化钠作用下聚合制得。 该反应为逐步聚合反应，通常认为它们在

16、氢氧化钠存在的条件下，不断地进行环氧基开环和闭环的反应。即：,粘合剂,粘合剂,继续反应下去，即得长链分子，反应通式如下：,粘合剂,2. 环氧值的测定 环氧值是指每100g树脂中所含环氧基的摩尔数。它是环氧树脂质量的重要指标之一，也是计算固化剂用量的依据。分子量越高，环氧基团间的分子链也越长，环氧值就越低。一般低分子量环氧树脂的环氧值在0.500.57之间。分子量小于1500的环氧树脂，其环氧值测定采用盐酸丙酮法。反应如下： 过量的HCl用标准NaOHC2H5OH溶液回滴。,粘合剂,3. 环氧树脂胶粘剂的粘接和固化机理 在环氧树脂结构中含有脂肪族羟基、醚基和极活泼的环氧基，羟基和醚基都有高度的极

17、性，使环氧树脂分子能与临界面产生静电引力，而环氧基团与介质表面的游离基起反应形成化学键，所以环氧树脂的粘合力特别强。 环氧树脂在未固化前是呈热塑性的线形结构，使用时必须加入固化剂，固化剂与环氧树脂的环氧基等反应，变成网状结构的大分子，成为不溶不熔的热固性物质。 不同的固化剂按照不同的固化机理固化，有的固化剂与环氧树脂加成后，构成固化产物的一部分即完成固化，有的固化剂则通过催化作用使环氧树脂本身开环聚合而固化。,粘合剂,四、主要仪器与药品 1. 主要仪器 四口瓶、电动搅拌装置、滴液漏斗、分液漏斗、回流冷凝管、电热套、减压蒸馏装置一套、铝片。 2. 主要药品 双酚A、环氧氯丙烷、氢氧化钠、盐酸丙酮

18、溶液、氢氧化钠乙醇溶液、苯、乙二胺、酚酞试液、浓硫酸、重铬酸钾。,粘合剂,五、实验内容与操作步骤 1. 环氧树脂的制备 将22 g双酚A（0.1 mol）、28 g环氧氯丙烷（0.3 mol）加入装有搅拌器、滴液漏斗、回流冷凝管及温度计的四口瓶中，搅拌并加热至70 ，使双酚A全部溶解。 称取8 g氢氧化钠溶解在20 mL水中，置于60 mL滴液漏斗中；慢慢滴加氢氧化钠溶液至四口瓶中，保持反应液温度在70 左右，约30 min内滴加完毕；在7580继续反应1.52 h，可观察到反应混合物呈乳黄色。 向反应瓶中加入30 mL蒸馏水和60 mL苯，充分搅拌，倒入分液漏斗，静止分层后，分去水层；油层用

19、蒸馏水洗涤数次，直至分出的水相呈中性无氯离子。（用pH试纸和AgNO3溶液试验） 先常压蒸馏，除去苯；然后减压蒸馏，以除去苯、水及未反应的环氧氯丙烷。得到淡黄色透明粘稠液。,粘合剂,2. 环氧值的测定 用移液管将1.6 mL浓盐酸（=1.19 g/mL）转入100 mL的容量瓶中，以丙酮稀释至刻度，配成0.2 mol/L的盐酸丙酮溶液（现配现用，不需标定）。 在锥形瓶中准确称取0.30.5 g样品，准确吸取15 mL盐酸丙酮溶液移入锥形瓶。将锥形瓶盖好，放在阴凉处（约15 的环境中）静置1h。然后加入两滴酚酞指示剂，用0.1 mol/L的标准NaOH溶液滴定至粉红色，做平行试验，并做空白对比。 3. 胶粘剂的配制和应用 本实验制得的是低分子量环氧树脂。应用试验时可用各种金属、玻璃、聚氯乙烯塑料、瓷片等作为试样。,粘合剂, 表面处理 为保证胶粘剂与被粘接界面有良好的粘附作用，被粘接材料必须经过表面处理，以除去油污等杂质。 将两块铝片在处理液（K2Cr2O710份,浓硫酸50份,H2O340份）中浸泡1015min，以除去油污，然后将其表面打磨，使其粗糙，蒸馏水冲洗，热风吹干，自然冷却至室温。 粘合剂的配制 按如下配方配制粘合剂。 环氧树脂（本实验产品）10 g； 轻质碳酸钙（填料）6 g； 邻苯二甲酸二丁酯（增塑剂）0.9 g； 乙二胺（固化剂）0.8 g。