1、聚乙烯醇縮甲醛的制備聚乙烯醇縮甲醛的制備一、 實驗目的了解聚乙烯醇縮甲醛的化學反應的原理，并制備紅旗牌膠水。二、 實驗原理聚乙烯醇縮甲醛是利用聚乙烯醇與甲醛在鹽酸催化作用下而制得的，其反應如下:聚乙烯醇縮醛化機理:聚乙烯醇是水溶性的高聚物，如果用甲醛將它進行部分縮醛化，隨著縮醛度的增加，水溶液愈差，作為維尼綸纖維用的聚乙烯醇縮甲醛其縮醛度控制在35%左右，它不溶于水，是性能優良的合成纖維。本實驗是合成水溶性的聚乙烯醇縮甲醛，即紅旗牌膠水。反應過程中需要控制較低的縮醛度以保持產物的水溶性，若反應過于猛烈，則會造成局部縮醛度過高，導致不溶于水的物質存在，影響膠水質量。因此在反應過程中，特別注意要嚴

2、格控制崐催化劑用量、反應溫度、反應時間及反應物比例等因素。聚乙烯醇縮甲醛隨縮醛化程度的不同，性質和用途各有所不同，它能溶于甲酸、乙酸、二氧六環、氯化烴(二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷)、乙醇甲苯混合物(3070)、乙醇甲苯混合物(4060)以及60%的含水乙醇中。縮醛度為75%85%的聚乙烯醇縮甲醛重要的用途是制造絕緣漆和粘合劑。三、 實驗藥品及儀器藥品：聚乙烯醇（7g）-、甲醇（4.6mL）-、鹽酸(40%工業純1:4）、氫氧化鈉(1.5mL)（8%）、蒸餾水（90+34mL）等；儀器：恒溫水浴鍋、攪拌器、三口燒瓶、球型冷凝管、溫度計、吸管、天平、量筒、pH試紙等。四、 實驗裝置圖五、 實驗步驟與

3、現象分析步驟（1）： 在250ml三頸瓶中，加入90ml去離子水（或蒸餾水），7g聚乙烯醇，攪拌下升溫溶解。現象：白色晶狀聚乙烯醇溶解分析：聚乙烯醇可溶于蒸餾水中步驟（2）： 等聚乙烯醇完全溶解后，于90左右加入4.6ml甲醛（40%工業純），攪拌15min，再加入1:4的鹽酸，使溶液PH為13，保持溫度90左右，繼續攪拌。分析：調節PH使之為酸性，是因為H離子作為羥醛縮合的催化劑。升溫是由于甲醛沸點低易揮發，縮合反應不可能進行得很完全，升溫保溫是為了使未反應完的甲醛能在酸性介質中繼續與聚乙烯醇縮合步驟（3）： 反應體系逐漸變稠，當體系中出現氣泡或者絮狀物時，立即迅速加入1.5ml8%的NaO

4、H溶液，同時加入34ml去離子水，調節PH89,冷卻降溫出料。現象：體系變粘稠，同時有絮狀物產生分析：體系變粘稠是因為隨著反應進行，OH變少，導致產物的親水性變差；而絮狀物是產生了交聯產物。加水是為了緩和粘稠程度，加入NaOH是為了中和體系中的H離子，防止進一步交聯化六、 實驗產物拍照七、 實驗思考與討論分析（1）簡述對高聚物改型工藝有哪些認識？答：。高分子聚合物作為20世紀發揮攢起來的材料，因其優越性的綜合性能，相對將為簡便的成型工藝，以及極為廣泛的應用領域，而獲得了迅猛的發展。然而高分子材料又有諸多需要克服的缺點，例如塑料性脆不耐沖擊、耐熱性也不好，橡膠強度低、易老化等。這些問題都要求對聚

5、合物進行改性，可以說聚合物工藝科學與工程學的就是在不斷對聚合物進行改型中不斷發展起來的。聚合物改性是聚合物材料的性質大幅提高，或者被賦予新的功能，進一步拓寬了高分子聚合物的應用領域，大大提高了聚合物的工業應用價值。高分子聚合物的改性方法多種多樣，總體上可劃分為共混改性、填充改性、復合改性、化學改性、表面改性等幾大類。本實驗屬于化學改性。（2）試討論縮醛化反應機理如何？催化劑的作用是什么？答：1.縮醛化反應的方程式為：用ChemDraw做出縮醛化反應機理如下：當然在這里，R和R分別為聚乙烯醇的不同部位。2.氫離子在此為反應的催化劑，由反應機理的推導式可以明顯看出，反應初期，氫離子參與了縮醛化反應

6、，分別改變氧和碳的活潑性，使反應容易進行，而反應到最后，氫離子重新從反應中釋放出來，前后沒有消耗。故用鹽酸和氫氧化鈉控制pH值，實際上是在控制參加反應的催化劑的濃度。當pH過低時，催化劑過量，反應過于猛烈，造成局部縮醛度過高，導致不溶于水的產物產生。當pH過高時，反應過于遲緩，甚至停止，結果往往會使聚乙烯醇縮醛化成都過低，產物粘性過低。可見pH即催化劑用量過多過少都會顯著影響膠水質量。（3）為什么縮醛度增加，水溶性下降，當達到一定的縮醛度以后，產物完全不溶于水？答：因為聚乙烯醇有很多親水性基團羥基，所以本身有很好的水溶性，但縮醛化反應形成的卻是環氧醚，因此水溶性下降。縮醛化程度越深，水溶性越差

7、勁，因為聚合物中的親水基越來越少，當縮醛化反應達到一定程度后，產物會完全不溶于水。另外，隨著縮醛化程度的加深，聚合物開始大量交聯，體系粘性顯著增加，也不利于其溶于水。（4）產物最終為什么要把pH 調到89？試討論縮醛對酸和堿的穩定性如何？答：1.因為在此反應中，氫離子為催化劑，反應結束后，應該立即添加堿液中和掉多余的氫離子，防止反應繼續進行。反應之所以會繼續進行是因為，到最后不可避免的還會殘留有部分甲醛在產物中，如果羥基、醛基與氫離子相遇，有可能繼續反應，最終膠水中會出現絮狀物，影響質量。2.由問題（2）中，對縮醛化機理和催化劑作用的詮釋，可以明顯判斷出，酸性會加劇縮醛化，而堿性則可保持產物的

8、穩定性。換句話說，縮醛在酸中活潑，在堿中穩定。聚乙烯醇與甲醛發生縮合反應生成縮醛物，必須在酸性介質中進行。酸含量低，縮醛反應緩慢，到達反應終點的時間長;若酸含量過高，則使反應太過激烈而形成凝膠。（5）為什么選擇鹽酸和氫氧化鈉來調節pH值？答：之所以選擇用鹽酸和氫氧化鈉來調節主要是考慮到經濟和簡易的原則。雖然鹽酸揮發性很強，但是可以通過不斷補充酸液來彌補，另外反應結束后，需要除去氫離子，鹽酸的可揮發性對產物最終的穩定與保存反而有積極作用。不選擇硫酸主要是考慮到它的氧化性，硫酸根對反應可能會產生干擾。實際上工業中也常用磷酸，但磷酸遠沒有鹽酸在實驗室中常用。（6）影響本實驗的主要因素有哪些？答：主要

9、因素可歸納為三大類：A、溫度 溫度從動力學角度對反應速率有顯著影響。溫度升高，反應速率增大，溫度過高會造成反應過于猛烈、不易控制，局部縮醛度過高，導致不溶于水的產物產生（類似于催化劑過量）；B、pH值 pH值控制的其實是催化劑氫離子的濃度。當pH過低時，催化劑過量，同樣會造成局部縮醛度過高，而產生絮狀物沉淀。當pH過高時，反應過于遲緩，甚至停止，結果往往會使聚乙烯醇縮醛化成都過低，產物粘性過低。C、物料比（主要是甲醛的比例） 本實驗由于制造的是水溶性的膠水，對縮醛度有較高的要求。如果甲醛用量過多，則反應速度加快，縮醛度升高，形成的聚合物水溶性變差，同時甲醛的含量超標，污染環境，損害人體健康。但

10、如果甲醛用量太少，反應速度緩慢，縮醛度低，粘度變差，形成的涂膜易于被雨水滲透，也會顯著影響膠水質量。（7）如何防止不溶物產生或防止膠水不粘？答：由問題（6）的討論得知，產生不溶物和粘性小是相對應的兩種情況。A、嚴格控制溫度。溫度過高，產生不溶物，溫度過低，膠水不粘。當出現不溶物后，最好立刻將三口燒瓶從水浴鍋中撤出；B、嚴格控制pH值。pH值過低，產生不容物，pH值過高，膠水不粘。當出現不溶物后，應立即加入堿液進行中和；C、嚴格控制甲醛加入。甲醛濃度過高，產生不溶物，甲醛濃度過低，膠水不粘。甲醛在加入時，滴加速度不能過快，過快會導致甲醛來不及反應，部分揮發掉，也造成局部甲醛濃度過大，產物中各分子的縮醛程度差別增大，得到的產物既有沉淀，又沒有粘性。因此滴加時要控制速度。（8）本次實驗的的失誤之處有哪些？答：首先，從甲醛的角度考慮，甲醛的滴加沒有問題，可能是甲醛的量稱取的稍微過量了一點。另外比較明顯的失誤是，當發現出現不溶物后，本應立即加入堿液的，但直到這時，才去稱取堿液，而由于之前實驗室沒有提前配制氫氧化鈉溶液，需要臨時配制，耽誤了大量時間。當堿液加入時，絮狀物已經交聯了。面對這種