聚乙烯醇缩甲醛的制备实验及其结果分析的课程设计(3)

2019-07-30 12:56

沈阳理工大学课程论文

级中其他失败组的数量和总量之比为2/12(其中成功的两组中有一组是失败后又重新做的)。从这么高的失败率上可以基本排除个人偶然失误因素。那可能的因素有两个:①我们所用的试剂和药品存在问题。②实验过程有问题。

分析第一个因素,由于班级中有成功的组,所以基本可以排除所用的试剂和药品存在问题。那在分析第二个因素,实验过程中存在问题。不同失败组出现凝胶的现象大致相同,差别之处在于出现的时间不同,这可能和实验的操作速度有关,操作快的早加甲醛和盐酸,由于反应时间长,出现了凝胶。操作慢的由于加甲醛和盐酸的时间晚,在本实验大部分组基本快结束时,而其才反应了一段时间,所以没出现凝胶,成功做出胶水。从另一个成功的组也可以证明这一点,那组重新做了一次,按正常的步骤的时间是不可能完成的,但是也成功做出了胶水。也就是说明反应时间不需要很长,所以可能的原因是实验的反应时间有问题。

查相关资料:

资料① :聚乙烯醇是水溶性的高聚物,如果用甲醛将它进行部分缩醛化,随着缩醛度的增加,水溶液愈差,作为维尼纶纤维用的聚乙烯醇缩甲醛其缩醛度控制在 35%左右,它不溶于水,是性能优良的合成纤维。本实验是合成水溶性的聚乙烯醇缩甲醛,即胶水。反应过程中需要控制较低的缩醛度以保持产物的水溶性,若反应过于猛烈,则会造成局部缩醛度过高,导致不溶于水的物质存在,影响胶水质量。因此在反应过程中,特别注意要严格控制催化剂用量、反应温度、反应时间及反应物比例等因素。

资料② :107胶的水溶液(简称107胶水)是用途广泛的建筑材料。在它的生产过程中,因操作不慎等原因,会使107胶从承中析出,造成产品的报废。这种从水中析出的107胶称为107凝胶(下简称凝胶)。当聚乙烯醇与甲醛反应生成107胶后,分子链上的部分羟基结构变成了缩醛和半缩醛结构,如果缩醛度大于11%时,可使107胶的水溶性降低,即出现凝胶现象。工业上生产107胶时,为了节约时建,用提高反应温度和增加反应物甲醛浓度的办法来加快反应速度,使缩合反应温度由原来的80~82℃。提高到93~95℃并使理论上聚乙烯醇与甲醛的配料比由25:1提高到实际生产的10:1。这样在加快了反应速度的同时也增加了造成缩醛度过大的可能性。

资料③ :当反应在50min后继续进行时,则未参与反应的甲醛进一步取代

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[8]

[7]

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1799上的经基直至实际取代度达到或超过30% ,而造成凝胶。当理论取代度达到或超过30%时,只要温度保持在90±2℃ ,反应时间足够长,就一定会产生凝胶。

CH2O~~~CH2CHCH2OH+[9]

H+CH2OH+

CHCH2~~~OH+缓慢CHCH2~~~+C+H2OH~~~CH2CHCH2+极慢OHOC H2H2O

+~~~CH2CHCH2OC H2+CHCH2~~~OH迅速极慢~~~CH2CHCH2OCH2CHCH2~~~OH+ 根据反应方程式,初步得出原因可能是反应时间过长,使反应程度过大,使缩醛度过高,使反应物的水溶性变差,逐渐与水分离,有进一步反应,最终生成凝胶,导致实验失败。

再从实验的数据上分析,反应方程中体聚乙烯醇单和甲醛按2:1反应生成聚乙烯醇缩甲醛。我们所用的甲醛为3mL,含量为37~40% ,ρ=1.1g/mL,所以本验加入甲醛的m=1.27g,而本实验称取聚乙烯醇的m=10.0 g。所以,两者的质量比m

聚乙烯醇单

:m甲醛= 10.0g/1.27g≈8:1。从上面资料②中可知理论质量比为

25:1,本实验的质量比8:1,甲醛的量比理论值高了近3倍,虽然这会使反应的速度加快,但同时也提高了反应程度过高、缩醛度过大的可能性。

聚乙烯醇是水溶性的高聚物,如果用甲醛将它进行部分缩醛化,随着缩醛度的增加,水溶液愈差。本实验是合成水溶性的聚乙烯醇缩甲醛,即胶水。反应过程中需要控制较低的缩醛度以保持产物的水溶性,若反应过于猛烈、时间过长,则会造成局部缩醛度过高,导致不溶于水的物质产生。因此在反应过程中,特别注意要严格控制催化剂用量、反应温度、反应时间及反应物比例等因素。

终上所述,本实验失败的主要原因在于实验的反应时间过长,导致反应的程度过大,使缩醛度过高,导致凝胶的产生。

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4. 结论

根据上述分析,推测本次试验的失败之处在于反应时间过长,没有在适宜的时机加入NaOH溶液来终止反应的进行,导致最终生成凝胶。

查阅相关资料:

合成聚乙烯醇缩甲醛的实验过程

1.在装有搅拌器、回流冷凝管的三口烧瓶中加入9g聚乙烯醇及80mL水,搅拌下在95℃加热使其完全溶解。

2.降温至90℃,加入5g 36%的甲醛溶液,搅拌10分钟后加入2.5mol/L的盐酸溶液调pH值为1~3,搅拌下进行保温反应。随着反应的进行,溶液逐渐变粘调,变浑浊,当有气泡或絮状物产生时,迅速加入10%的NaOH溶液调pH值为7~8,再加60~70mL蒸馏水稀释后冷却降温,得粘稠透明状液体

[10]

上述步骤在加入的药品和反应的条件都大同小异,但在加入甲醛和盐酸之后,终止反应是根据实验现象(溶液逐渐变粘调,变浑浊,当有气泡或絮状物产生时,迅速加入10%的NaOH溶液调pH值为7~8,再加60~70mL蒸馏水稀释后冷却降温,得粘稠透明状液体。)这是与本实验的不同之处,所以最后的分析实验失败的结论为反应时间过长。

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5. 参考文献

[1] 徐德林,杨业民.改性聚乙烯醇缩甲醛胶的合成和应用[J].郑州轻工业学院学

报,1994,9(2):63—67.

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学报,2003,17(3):194—196.

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[5] 曾德芳.改性聚乙烯醇缩甲醛胶的研制与应用[J].上海化工,2006,31(9):17

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[6] 潘学渊,徐国强.水溶性聚乙烯醇缩甲醛溶液粘度[J].化学世界,1990,(10):

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[7] 杨葵华,杜利成. 聚乙烯醇缩甲醛的缩醛度过大的再生处理[J].西南科技大

学学报,2004,19(3):78—79.

[8] 丁志勇.107胶的缩醛度过大的再生处理[J].化学世界,1990,(2):88—89. [9] 武龙,刘学凡,张钦田.合成107胶时产生凝胶的原因及解决办法[J].中国胶

粘剂,1997,7(6):11—13.

[10] 谢豪国,胡军辉,王和生. 聚乙烯醇缩甲醛胶工艺的研究[J].上饶师范学院

学报,2001,21(3):50—53.

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6. 致谢

感谢X老师的指导,感谢有机实验室为本次实验提供仪器及药品,感谢同组同学的帮助,感谢其他同学的帮助,感谢中国知网、维普网、百度文库为我提供了参考资料。

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