聚乙烯醇缩甲醛胶的制备游离甲醛的消除与测定

聚乙烯醇缩甲醛胶的制备、游离甲醛的消除与测定一、实验目的：1.了解常见胶粘剂聚乙烯醇缩甲醛的制备方法；2.了解甲醛的危害，掌握分析甲醛的方法；3.通过查资料确定消除甲醛的药品，并通过实验测定除甲醛的效果；4.由学生确定实验方案，提高设计实验的能力。二、实验原理：1.聚乙烯醇缩甲醛胶的制备聚乙烯醇缩甲醛是利用聚乙烯醇与甲醛在盐酸催化作用下而制得的，其反应如下:聚乙烯醇缩醛化机理:聚乙烯醇是水溶性高聚物、用甲醛进行部分缩醛化处理，随缩醛度的增加、其水溶性下降。本实验是合成水溶性聚乙烯醇缩甲醛，即胶水。反应过程必须控较低的缩醛度、使产物保持水溶性。若反应过于激烈，会造成局部高缩醛度，导致不溶物的生成，影响立品质量，因此在反应过程中，严格控制催化剂的用量、原料配比、反应温度、反应时间、搅拌速度等因素。2.游离甲醛的消除（1）尿素尿素晶体和甲醛溶液在盐酸做催化剂的条件下反应制取脲醛树脂。反应原理为：反应中尿素分子中氨基上两个氢原子比较活泼，与甲醛醛基上氧原子结合生成水分子，其余部分相互连接为高分子化合物脲醛树脂，（2）H2O2由于H2O2可以和甲醛作用生成水和二氧化碳，所以本实验用H2O2消除剂与尿素作对比，反应方程为：2H2O2+CH2O=CO2+3H2O3.甲醛的分析方法——乙酰丙酮分光光度法。甲醛吸收于水中，在铵盐存在下，与乙酰丙酮作用，生成换色的3,5-二乙酰基-1,4-二氢卢剔啶，根据颜色深浅，用分光光度法测定。酚大于甲醛1500倍，乙醛大于甲醛300倍时，不干扰测定。本方法检出限为0.25µg/5ml，当采样体积为30L时，最低检出浓度为0.008mg/m3。三、实验药品与仪器1.样品的制备药品：聚乙烯醇PVA1799；甲醛36%~38%，工业纯：盐酸：30%，化学纯：NaOH：40%，化学纯:尿素（U）:分析纯仪器:恒温水槽、温度计、搅拌器、精密PH试纸1-3、广泛PH试纸。2.甲醛的分析仪器：大型气泡吸收管10ml、空气采样器，流量0-1ml、具塞比色管10ml、分光光度计。药品：聚乙烯醇缩甲醛胶、H2O2、尿素、乙酰丙酮、甲醛标准液。四、实验步骤1.样品的制备根据表中的配方的量的要求准备好药品，并按下述步骤进行操作表1聚乙烯醇缩甲醛胶的配方药品名称规格质量/gPVA179910HCHO36%~38%6HCl30%0.8NaOH40%0.6尿素或甲醛消除剂分析纯0.6H2O蒸馏水120（1）将水加入300ml烧杯中，然后滴加盐酸调节pH至1.5~1.7,再加入PVA升温；（2）在89°C并不断搅拌下，PVA全部溶解，一次性加入盐酸，是温度保持在89°C，反应45min；（3）快速降温至50~60°C，并用30%NaOH调节pH值为8~9；（4）一半胶保温在60°C，加0.6g尿素搅拌20min，另一半胶在相同的条件下加入甲醛消除剂H2O2；（5）降温至40°C，按照甲醛的分析方法进行采样。步骤见甲醛的分析方法。对比H2O2与尿素对甲醛的处理结果，分析两者消除甲醛的差别。2.甲醛的消除与测定（1）采样用一个内装5.0ml水及1.0ml乙酰丙酮溶液的气泡吸收管，以0.5L/min的流量，采气15L，即30min。（2）标准曲线的绘制取8支10ml比色管，按表2配制标准色列。各管混合均匀后，在40°C下放置30min，使其显色完全后，在波长414nm处，用1cm比色皿，以水为参比，测定吸光度。以吸光度对甲醛含量（µg）绘制标准曲线。表2甲醛标准色列管号01234567水/ml5.004.904.804.604.404.003.002.00乙酰丙酮液/ml1.001.001.001.001.001.001.001.00甲醛标准溶液/ml00.100.200.400.601.002.003.00甲醛含量/µg00.501.002.003.005.0010.0015.00（3）样品测定采样后，将样品溶液移入比色皿中，以下操作同标准曲线绘制。五、数据处理1.标准曲线的绘制根据分光光度计的结果，将数据填入下表表3标准甲醛溶液含量与吸光度管号01234567甲醛含量/µg00.501.002.003.005.0010.0015.00吸光度A0-0.043-0.069-0.019-0.03800.1240.162利用origin软件做出甲醛含量与吸光度关系图由上图可知，吸光度（A）与甲醛含量（ug）的关系为：y=-0.052+0.014x其相关系数R的平方为0.85578，说明拟合的结果一般。2.样品的测定（1）用尿素消除甲醛后的吸光度为1.104则，m1=82.57µg甲醛(𝑚𝑔𝑚3⁄)=𝑊𝑉𝑛⁄=5.50𝑚𝑔𝑚3⁄式中，W——样品中甲醛含量，µg；𝑉𝑛——标准状态下采样体积，L。（2）用过氧化氢消除甲醛后的吸光度为1.126则，m2=84.14µg甲醛(𝑚𝑔𝑚3⁄)=𝑊𝑉𝑛⁄=5.61𝑚𝑔𝑚3⁄因此，用尿素做甲醛消除剂的效果更好，因为其残留的游离甲醛的含量更少些。六、结果讨论与思考1.实验过程中在进行聚乙烯醇缩甲醛胶制备时，进行到第（3）步，由于加入乙醇的时机和用量不当的问题，析出大量白色胶状物，并最后聚集成一大团白色胶状固体，质软且极具弹性，如下图所示。第二次重新制备时，吸取先前教训，得到了透明粘稠状胶液。2.进行标准曲线测定是，由于分光光度计机器本身的原因，测得的吸光度偏差较大，但是并不能排除标准溶液自身配制的问题。由此求得的标准曲线误差很大，对于后续测定有较大影响。3.采用origin软件进行线性拟合后得到的方程公式，其相关系数R的平方为0.85578，说明拟合的结果一般。因为所得数据均偏差较大，不能随意做出舍弃某一点的轻率结论，所以最后并没有舍弃一些点，致使拟合曲线出现了较大偏差。4.样品测定过程中，采样过后，直接测定溶液的吸光度，由于此时溶液中甲醛含量较高，测定吸光度会产生较大误差，而且标准比色溶液中甲醛含量均较低，测定溶液中的含量落在标准曲线中间时的结果一般更为准确。故而应当在采样过后先对溶液进行一定比例的稀释，然后再做测定较好。5.通过比较实验结果，采用尿素吸收甲醛的效果更好，其残留的游离甲醛含量更少。6.用化学方法消除甲醛的方法，可以用一些具有氧化性的试剂进行氧化甲醛，例如次氯酸、过氧化氢、银氨溶液、新制的氢氧化铜溶液等，都可以氧化甲醛变成低毒的物质；也可以利用具有甲级活泼氢的化合物与甲醛反应，例如丙二酸二甲脂、乙酰乙酸甲酯、尿素等都可以和甲醛反应生成对人体无害或者低毒的物质。