107胶水的制备

天津渤海职业技术学院精品资源共享课1项目八、107胶的制备（缩合）学习目标及要求知识目标：1、能够掌握缩合反应的类型，反应原理，参加反应的特征官能团。2、能够掌握缩合反应特点，反应进行时控制条件，溶剂介质，催化剂的类型与使用。3、能够通过阅读说明书，实验手册掌握合成装置的工作原理，操作或使用要点。4、能够掌握原料，中间物，产品，缩合副产物的物理、化学性质知识，以及相应的处理手段和原理。能力目标：1、能够根据项目任务，选择原料，并详细记录原料的物性参数。2、能够根据小试条件要求选用合成实验装置与辅助设备、仪器。（主要有反应釜，搅拌装置，冷凝设备，量具，电、水浴或油浴加热装置，冰浴或制冷装置，常减压和真空蒸馏装置）。详细记录设备规格、材质、适用范围与指标。3、能够根据修订后的试验方案进行合成实验，控制合成条件最终制备出产品。4、能够学会运用相关仪器（如黏度计、色度仪、SEM等）对产品进行性能表征（如粘度、色度、粒度等）。5、能够处理小试过程中的危险和异常情况。工作任务：胶粘剂107胶水制备任务书项目名称实验室制备107胶水任务描述制备****ml107胶水，实验室完成，产品为无色或淡黄色透明液体，粘度为80s以上执行标准JC438--91组织形式小组完成提交材料1、107胶水调研报告2、107胶水小试方案3、107胶水合成报告进度要求3个工作日8.1认识107胶水8.1.1产品性能中文化学名称：聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂俗称：107胶结构式：天津渤海职业技术学院精品资源共享课2物化性质：1、外观：无色或浅黄色透明液体2、固体含量（%）：≧8.03、黏度（Pa.s）：1.0（23±2℃）4、游离甲醛（%）：≦0.55、pH值：7~86、低温稳定性（0℃，24h）：呈流动状态8.1.2主要用途107胶学名为聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂，是以水为介质的溶液或乳液形成的胶粘剂。聚乙烯醇缩甲醛具有很高的机械强度、高软化温度（140~150℃）、高耐磨性及良好的粘接性、卓越的电性能，是生产高韧性、可挠性、耐热性、耐磨性及高介电强度漆包线的重要材料。8.1.2.1在胶粘剂方面的应用聚乙烯醇缩甲醛与酚醛树脂相组合的胶粘剂，是第一种合成树脂胶粘剂用于金属的结构胶粘剂。众多商品结构胶粘剂是以聚乙烯醇缩醛和热固性树脂，例如酚醛、环氧、环氧一酚醛等为基础组成的。8.1.2.2在涂饰材料中的应用聚乙烯醇缩甲醛在涂料领域中的应用占有重要的位置。缩醛分子中的羟基提供了活性点，它可与热固性树脂发生化学反应。多数与其他树脂相配合的涂膜可在空气中干燥，室温施工。8.1.3合成原理及工艺8.1.3.1反应原理主反应：CH2CHOHCH2CHOHCH2CHOHCH2+HCOHHCl加热CH2CHOHCH2CHCH2CHCH2CH2OO+H2O聚乙烯醇在酸性条件下与甲醛进行缩合反应。反应副产物：天津渤海职业技术学院精品资源共享课38.1.3.2合成工艺107胶是聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂的商品名称，从80年代初期在我国开发应用以来在建筑工程上一直得到广泛应用。大多数建筑涂料厂采用的107胶生产工艺基本相同，主要程序如下：在反应釜中注入一定量的水，向反应釜夹套内通入蒸汽，升温至约60℃，按照配比投入一定量的聚乙烯醇，在搅拌状况下继续升温至95℃左右，保温约半小时，使聚乙烯醇充分溶解。降温至50~60℃，加入一定量的盐酸，调整反应釜内水溶液的pH值在1~3范围内，加入一定量的甲醛，升温至80℃，反应一定时间，降温至50~60℃，将约一定量的固体烧碱用热水溶解后调整釜内胶液的pH值为7~8。降至常温，制得成品107胶。徐峰在《中国胶粘剂》发表的《107胶生产及其改性技术》中提出了上述工艺中的两处不合理情况，一是聚乙烯醇溶解后加入盐酸前的降温，二是聚乙烯醇与甲醛产生缩合反应的温度偏低，并对其进行了改性。丁斌，关昶等在《化学与粘合》发表的《高粘度聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂生产工艺条件的选择》中对制备高粘度聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂生产工艺的条件进行了优化，最终得到了优化后的工艺条件。8.1.4产品指标及分析检测方法按照中华人民共和国建材行业标准JC438-91的要求，最终产品水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂的性能应符合以下表8-1中所列项目要求。表8-1水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂性能规定表格中产品聚乙烯醇缩甲醛的各项性能指标的检测方法如下：（1）外观：将试样倒入100mL洁净量筒中，于自然散射光下，目测并记录试样的颜色和透明程度。（2）固体含量（%）：按GB/T12954-91《建筑胶粘剂通用试验方法》中5.4条进行，干燥温度为105±2℃，干燥时间为180±5min。（3）黏度（（23±2℃），Pa.s）：按GB/T2794-1995《胶粘剂粘度的测定》进行。（4）游离甲醛（%）：按JC438-91《水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂》中4.4进行。天津渤海职业技术学院精品资源共享课4（5）pH值：按GB/T12954-91《建筑胶粘剂通用试验方法》中5.2条进行（6）180°剥离强度：按JC438-91《水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂》中4.5进行。（7）低温稳定性（0℃，24h）：按JC438-91《水溶性聚乙烯醇缩甲醛胶粘剂》中4.7进行。8.1.5撰写产品调研报告产品调研报告调研组别：调研日期：一、产品基本信息基本信息：物化性质：主要用途：二、文献综述（国内外针对合成产品的研究现状、发展动态）主要阐述目前国内外对该产品研究的现状，合成路线如何，对产品性能有何影响，今后的发展趋势等。三、研究内容1、主要研究内容及拟关键技术2、拟采取的研究方法、合成路线、实施方案及可行性分析主要阐述合成该产品所要具备的合成原料、合成原理、合成路线、合成设备、产品表征等各方面信息，并对其实施的可行性进行分析。四、参考文献8.2任务驱动下理论知识在有机合成中，缩合的含义广泛，难以确切定义。通常认为，凡是两个或多个有机物分子反应生成一个较大的分子和一个小分子的化学过程称为缩合。在缩合产物中，较大的分子是通过新的碳-碳（或碳-杂）键的生产而形成的；缩合中脱落的小分子往往是水、醇、氨、卤化氢等简单的分子。天津渤海职业技术学院精品资源共享课5缩合反应过程中具备某些特征，在分子内或分子间彼此不相连的两个原子间形成新的化学键；反应过程中伴随有失去简单的无机物或有机物；缩合反应的产物往往具有较原始反应物更为复杂的分子结构。缩合反应的种类很多，分类方法各异。一般按照参与缩合反应的分子的异同可以分为，醛酮缩合反应、醛酮与羧酸及其衍生物的缩合反应、醛酮与醇的缩合反应、酯的缩合反应等。若按照缩合产物是否成环而分为成环缩合和非成环缩合。非成环缩合包括C-烷基化和C-酰化、脂肪链中亚甲基和甲基上的活泼氢被取代所形成的新的碳-碳链的缩合反应。成环缩合包括碳-碳键成环缩合和碳-杂键成环缩合。缩合反应可将比较简单的有机物合成为较复杂的有机物，是合成染料、医药、香料等精细有机化学品经常涉及的一类反应。8.2.1醛酮与醇的缩合反应8.2.1.1概述醛或酮在酸性催化剂作用下，很容易和两分子醇缩合、失水，生成缩醛或缩酮类化合物，其反应通式如下：CCO2R''CH2OHRR'H+RR'OCH2R''OCH2R''H2O++当R’=H时为缩醛；R’=R时为缩酮；反应需用无水醇类和无水酸做催化剂，常用的是干燥的氯化氢气体或对甲苯磺酸，也可以采用乙二酸、柠檬酸、磷酸或阳离子交换树脂等。8.2.1.2分类（1）单一醇缩醛的制备醛和一元醇缩合，反应生成的缩醛称为单一醇缩醛。例如：CH3CHO+2CH3OHH+CH3CHOCH3OCH3+H2O产物为1，1-二甲氧基乙烷为香料，俗称乙醛二甲缩醛。（2）混合缩醛醛与两种不同的一元醇缩合，反应生成的缩醛为混合缩醛。例如：缩合产物1-甲氧基-1-苯乙氧基乙烷为香料，俗称乙醛甲醇苯乙醇缩醛。（3）环缩醛醛与二元醇缩合，所生成的缩醛称为环缩醛，其在工业中具有重要的意义。例如：天津渤海职业技术学院精品资源共享课6产物为不溶于水的聚乙烯醇缩甲醛，俗称107胶。8.2.2聚乙烯醇与甲醛的缩合反应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。8.3107胶水的制备方案确定8.3.1原料选择8.3.1.1相关原料一览表实验所用的原料要求价格低廉、来源方便、毒性小、稳定性好等表8-2实验原料表药品名称状态规格分子量（molwt）药品名称状态规格分子量（molwt）聚乙烯醇固1799型N*44水液去离子18.00甲醛固36~38%30.03氢氧化钠液10%40.01盐酸液36%36.46亚硫酸钠液126.00其它药品百里酚酞、尿素8.3.1.2主要原料性质（1）聚乙烯醇①基本信息中文名称：聚乙烯醇天津渤海职业技术学院精品资源共享课7英文名称：polyvinylalcohol（PVA是其英文名称的缩写，poly是聚合，vinyl是乙烯基，alcohol是醇）分子式：（C2H4O）n②物化性质外观：白色或微黄色片状、颗粒状固体。填充比重：0.4～0.5g/mL。折射率：1.49～1.52。热导率：0.2w/（m·K）。比热容：1～5J/（kg·K）。电阻率：（3.1～3.8）×10Ω·cm。熔点：230℃。玻璃化温度：75～85℃。引燃温度：410℃（粉云）。爆炸下限：125（g/m3）。水溶性：本品在冷水中仅溶胀，随水温的升高而逐渐溶解，在搅拌情况下至95℃能迅速溶解。在热水中的最高浓度达16％左右。其水溶液具有良好的成膜性和粘接性。耐化学药品性：本品耐弱酸、弱碱及有机溶剂，耐油性极好。热稳定性：本品受热时，在40℃以下没有显著变色，至160℃时颜色逐渐变深，超过220℃开始分解，生成水、乙酸、乙醛等。贮存稳定性：本品贮存稳定性良好，长期贮存不发霉，不变质。但其水溶液长期贮存时，需加一定的防霉剂。溶解性：溶于水，为了完全溶解一般需加热到65～75℃。不溶于汽油、煤油、植物油、苯、甲苯、二氯乙烷、四氯化碳、丙酮、醋酸乙酯、甲醇、乙二醇等。微溶于二甲基亚砜。120～l50℃可溶于甘油．但冷至室温时成为胶冻。说明：性质主要由它的聚合度和醇解度来决定。随着聚合度的提高，PVA溶液的黏度、粘着性、成膜性、刚性都相应增大，但水溶性、浆膜的柔软性变差，溶液的流动性、浸润性能也相应降低。PVA的醇解度在88％（摩尔分数）左右，具有良好的水溶性，但醇解度过高或过低，水溶性反而降低。常取平均聚合度的千、百位数放在前面，将醇解度的百分数放在后面，如17-88即表聚合度为1700，醇解度为88％。一般来说，聚合度增大，水溶液粘度增大，成膜后的强度和耐溶剂性提高，但水中溶解性、成膜后伸长率下降。聚乙烯醇17-99又称浆纱树脂（Sizingresin），简称PVA17-99。白色或微黄色粉末或絮状物固体。玻璃化温度85℃，皂化值3～12mgKOH/g。溶于90～95℃的热水，几乎不溶于冷水。浓度大于l0％的水溶液，在室温下就会凝胶成冻，高温下会变稀恢复流动性。为使粘度稳定，可于溶液中加入适量的硫氰酸钠，硫氰酸钙、苯酚、丁醇等粘度稳定剂。③危险性概述健康危害：吸入、摄入或经皮肤吸收后对身体有害，对眼睛和皮肤有刺激作用。燃爆危险：本品可燃，具刺激性。皮肤接触：脱去污染的衣着，用流动清水冲洗。眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。吸入：脱离现场至空气新鲜处。如呼吸困难，给输氧。就医。食入：饮足量温水，催吐。就医。天津渤海职业技术学院精品资源共享课8④操作处置与储存a．操作注意事项：密闭操作。密闭操作，提供良好的自然通风条件。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩，戴化学安全防护眼镜，穿防毒物渗透工作服，戴橡胶手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。避免产生粉尘。避免与氧化剂接触。搬运时要