胶的制备及性能测定

实验79　107胶的制备及性能测定

实验目的

熟练掌握水浴加热、温度控制、机械搅拌等基本操作技术；掌握107胶的制备，加深对缩聚反应反应机理和反应过程的理解；了解黏合剂黏合性能的测定。

实验原理

黏合剂，又称胶黏剂，分为有机与无机两大类，品种很多、用途广泛，与日常生活关系密切。例如，墙纸的黏合、地毯的黏合、玻璃和陶瓷的黏合等，为家庭生活提供了不少方便。黏合剂不但可以黏合性质相同的材料，也可以黏合性质不同的材料，它与焊接、铆接和螺钉联结等相比，不仅具有方便、快速、经济和节能的优点，而且黏合接头光滑、应力分布均匀、质量小、密封、防腐、绝缘。现在，黏合剂发展极为迅速，在航天、原子能、农业、交通运输、木材加工、建筑、轻纺、机械、电子、化工、医疗和文教等方面都具有广泛应用。如在新型飞机上以黏合剂代替铆接联结金属板，可以降低因铆接产生的应力导致的金属疲劳，从而延长飞机的寿命。

聚乙烯醇缩甲醛（PVF）胶黏剂俗称107胶，是以聚乙烯醇与甲醛在盐酸存在下进行缩合，再经氢氧化钠调整pH值而成的有机黏合剂，其用途相当广泛。自107胶工业化生产以来，最初作为图书工业、办公和民用胶水。由于它具有很强的黏性，20世纪60年代作为水泥改性高分子材料、涂料用成膜物质被引入建筑行业，并逐渐得到广泛使用，曾被认为是建筑行业中首屈一指的胶料，推动了我国合成高分子改性传统建筑材料和建筑用化学材料的发展。

上述反应的进行，必须有H＋催化，甲醛与聚乙烯醇的缩合反应是分步进行的。首先形成半缩醛1，并且在H^＋存在下转化成碳正离子2，而后与聚乙烯醇作用得缩醛3，即

其中ROH代表聚乙烯醇。

由上述反应可见，形成半缩醛1基本不需要酸催化，整个反应历程是可逆的，因此，必须用稀碱洗去剩余的酸，否则将导致产物分解。

实验用品

仪器　水浴锅；三口烧瓶；四口烧瓶；回流冷凝管；滴液漏斗；布氏漏斗；温度计；量筒；机械搅拌器；500N拉力试验机；白棉布；胶膏等。

试剂　盐酸；工业乙醇；甲醛；聚乙烯醇；NaOH（10％）；NaOH的甲醇溶液（6％）；聚乙酸乙烯酯的甲醇（25％）等。

实验步骤

1.聚乙烯醇的制备

在装有搅拌器、冷凝管、温度计和滴液漏斗的四口烧瓶中加入100mL 6％ NaOH的甲醇溶液。准确称取25％的聚乙酸乙烯酯的甲醇溶液40g，置于滴液漏斗中，开动搅拌器，打开滴液漏斗，在室温下缓慢滴加，约在0.5h内滴完。继续在室温下搅拌反应2h后，停止反应，醇解反应结束，关闭电源，取出四口烧瓶。产物用布氏漏斗过滤，获得的固体粗产品用工业乙醇洗涤三次，抽干，然后置于50℃下的真空烘箱中干燥，即可得到聚乙烯醇产品，计算产率。

2.聚乙烯醇缩甲醛胶黏剂的制备

在250mL三口烧瓶中加入150mL蒸馏水，装上温度计、回流冷凝管和机械搅拌装置，然后将其放在水浴中加热。当三口烧瓶中蒸馏水温度升到70℃时，开动搅拌器，加入聚乙烯醇12.5g，继续升温至90℃，保温，在搅拌下使聚乙烯醇全部溶解。向水浴中加入冷水，使反应液温度降至80℃。量取适量盐酸（约0.8mL），在搅拌下，用滴液漏斗慢慢滴加进反应瓶中，调节反应液pH＝1.5～2，继续搅拌15min，并保持水浴温度在80℃左右。慢慢滴加5mL甲醛，然后在搅拌下继续反应0.5h。降低反应液温度至40～50℃，用10％NaOH溶液调节反应液pH＝7～8，冷却后即得107胶，为微黄色或无色透明胶状液体。

3.107胶黏剂的黏合性能测试

根据中华人民共和国建材行业标准JC438－91，用白棉布、胶合板进行107胶黏剂的黏合性能测试，并与市售胶黏剂进行比较。

将胶合板切割成125mm×150mm，用梳齿刮刀按（150±5）g·m^－2将试样均匀涂布在上面，然后将175mm×150mm的白棉布粘贴上去，并用刮刀一次压平。在（23±2）℃的试验条件下放置7天后，切割成5个125mm×25mm的试片。将切割试片一端剥离约50mm，置于试验机夹具上面，上夹口夹紧胶合板露出端，下夹口夹紧棉布端，以（200±20）mm·min^－1的拉伸速度，拉伸至粘贴部位剩余约10mm时记录其值。计算试验结果，以N·mm^－1表示，并与市售胶黏剂进行比较。

注意事项

反应时水浴的温度必须控制好，否则会影响反应结果，从而影响产品质量。

思考题

（1）两次调节反应液pH值的目的分别是什么？

（2）甲醛过量和不足分别有什么影响？