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1、精选优质文档-倾情为你奉上西 安 工 业 大 学学 科 综 合 实 验 （实验论文）题目：聚乙烯醇缩甲醛改性白乳胶的制备作 者： 石萧红 学科专业： 高分子材料与工程指导教师： 侯永刚 2011年12月 聚乙烯醇缩甲醛改性白乳胶的制备 摘要白乳胶不耐热、易蠕变，在湿热条件下粘接强度大幅度下降，耐水性差，粘接物在室温浸泡一定时间后就会失去粘接强度、自然开裂，尤其是抗冻性差，这对白乳胶在冬季的贮存，运输和使用带来不便。这些缺陷使得其应用受到一定限制。一不小心，还会造成损失。为此国内外同行们对白乳胶的防冻性进行了大量的研究工作。本文采用聚乙烯醇缩甲醛来提高白乳胶粘接性能并改善其抗冻融性。同时通过大量
2、的实验检测其固含量以及采用冻融循环并用NDJ-1旋转粘度计测其冻融前后的粘度变化，从而得出对白乳胶性能的影响因素，以及如何改善其性能等等。关键词： 白乳胶；聚乙烯醇缩甲醛；改性；抗冻融性；固含量；粘度专心-专注-专业 目 录摘要 2 第一章 绪论11.传统白乳胶的研究及应用 1 1.1.1白乳胶的制备方法11.1.2白乳胶的优势与不足21.2 改性白乳胶的研究及应用 21.2.1白乳胶的改性方法研究21.2.2改性白乳胶的应用2 1.3本实验的思路3第二章 实验部分讨论2.1主要试剂及仪器 32.2 制备步骤 42.3 性能测试 52.3.1 粘度 62.3.2固含量72.3.3抗冻性 7第三
3、章 实验数据记录7 第四章 结果与讨论4.1 不同醇解度PVA的对白乳胶性能的影响 104.1.1 对粘度的影响 104.1.2 对固含量的影响 114.1.3对抗冻性的影响 114.2 VAc用量对白乳胶 性能的影响 114.2.1对粘度的影响 114.2.2 对固含量的影响 124.2.3 对抗冻性的影响 12第五章 结论 12参考文献 13第一章 绪论1.1 传统白乳胶的研究及应用1.1.1 白乳胶的制备方法（1） 验装置如下图，三口烧瓶中装好搅拌器、回流冷凝器、滴液漏斗和温度计。根据配方准确量取各种试剂。首先加入5.0g聚乙烯醇和90ml去离子水。开动搅拌，加热水浴，使温度升至80C，
4、将聚乙烯醇完全溶解。（2） 降温至68-70C，依次加入1g十二烷基磺酸钠、5ml的OP-10、2.5ml引发剂和21.4ml醋酸乙烯。反应30min后，加入另一半引发剂，并开始滴加剩余单体42.8ml.滴加速度控制在30-40滴/min，滴加时注意控制反应温度不变。（3） 单体滴加完后，继续反应0.5h，再加入5.0ml邻苯二甲酸二丁酯，搅拌20min.（4） 将反应体系降至室温，出料。 A：三口瓶 B：温度计 C：搅拌马达 D：搅拌器 E：滴液漏斗 F：回流冷凝管 G：加热水浴 H：水浴装置1.1.2 白乳胶的优势与不足白乳胶是20世纪50年代为弥补动物胶的不足而发展起来的一种水基乳液胶。
5、我国白乳胶的消费量现在仅次于脲醛树脂而居第二位,而且在逐年增长。白乳胶是目前用途最广，用量最大的粘合剂品种之一，广泛用于木材加工、建筑装饰、印刷品装订、皮革、纺织、涂料等行业。传统白乳胶大多以醋酸乙烯为主要原料，并且种类繁多。聚醋酸乙烯酯胶粘剂是由聚醋酸乙烯酯单体经聚合反应而得到的一种热塑性胶粘剂，在全世界乳液聚合物产品中，醋酸乙烯酯均聚及共聚乳液占50以上，聚醋酸乙烯酯乳液是胶粘剂中仅次于酚醛树脂的十大品种之一，聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂是美国在1945年为弥补动物胶的不足而发展起来的，主要用于木质品加工。由于聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂的性质优于动物胶，因此在家具工业中已取代了动物胶，同时应用范围也
6、日益扩大。但白乳胶在生产和应用过程中存在着一个致命的缺点，即抗冻性差，在4度以下就会出现冻凝或分层变质，以致厂家无法生产或使用。1.2 改性白乳胶的研究及应用1.2.1 白乳胶的改性方法研究白乳胶具有粘合范围广、粘接速度较快的特点,但其耐水性、耐冻性不太理想。为了提高其粘接性能并改善其耐寒和耐水性能,国内外研究者做了不少工作:（1） 采用加酸法,使乳液的pH值由6降至23,其皮膜的耐水性明显提高;（2） 用PVA作PVAc乳液的胶体保护剂,使其粒子稳定性提高,采用脲醛树脂交联PVA,或加酸性金属盐,如硝酸铝、氯化铝使其耐水性提高;（3）采用磷酸三丁酯增塑使其户外性能得到改善;（4）外加交联化合
7、物,如甲醛、高价金属盐、环氧树脂、甲基二异氰酸酯(TDI)等,可得到耐寒、耐热和耐水性较好的乳液胶黏剂,但加入后要及时用完。（5）用淀粉对聚乙烯醇缩甲醛进行改性,制得了一种新型胶粘剂.讨论了尿素用量、酸的浓度、pH值、缩合温度、淀粉用量、固含量对胶粘剂粘度的影响.该胶粘剂适用于煤堆及垃圾的覆盖,它具有初粘性强、耐水性好、储存稳定、制备和使用简便等优点.（6）聚乙烯醇缩甲醛泡沫为基体,以竹碳粉为吸附填料,采用手工发泡,制备了不同竹炭含量的聚乙烯醇缩甲醛泡沫复合材料。此复合材料既有聚乙烯醇缩甲醛相对密度小,比强度高的优良特性,又具有较强的吸附性能,可做污水处理系统中新型高效微生物载体（7）采用丙烯
8、酸异辛酯、丙烯腈、N-羟甲基丙烯酰胺作为醋酸乙烯酯的共聚单体,通过种子乳液聚合的方法制备得到改性聚醋酸乙烯酯乳液胶粘剂。通过剥离强度、拉伸强度、断裂伸长率和耐水性等性能测试,发现改性聚醋酸乙烯酯的性能得到极大地提高,并且其平均粒径适中,粒径分布较窄,可以满足更高要求的应用需求。1.2.2 改性白乳胶的应用新产品新技术不断涌现，应用领域不断扩大。这些产品都具有许多不同的优异性能,不仅提高了产品档次,而且满足了不同的需要,应用领域已扩展到了建筑、建材、涂料、纺织、织物加工、纸加工、皮革、胶粘剂、书籍无线装订、包装和木材加工等行业。1.3 本实验的思路PVAc乳液在低温环境下易发生凝胶变质而失去使用
9、价值. 影响PVAc乳液冻融稳定性的因素很多, 包括乳液自身的特性, 保护胶体的性质, 各种添加剂等, 其中保护胶体是一种重要因素.在PVAc乳液体系中, 保护胶体一部分吸附或结合在乳液颗粒表面形成具有空间位阻效应的保护层(水合层) 而起到稳定作用, 一部分游离在水相中.因此, 除了保护胶体水溶液的稳定性对乳液冻融稳定性有影响外, 加强保护层与PVAc聚合物粒子间的相互作用应能提高乳液的冻融稳定性.完全醇解型聚乙烯醇和部分醇解型聚乙烯醇保护胶体的性能以及它们与醋酸乙烯酯的接枝反应已有许多研究.接枝率高保护效果较好.有报道以缩醛化改性PVA为保护胶体制备抗冻融PVAc乳液,工作主要集中于应用,对
10、冻融稳定机理的研究还很缺乏. 尤其是关于PVA 缩甲醛化后,其保护胶体性能, 如表面张力、乳化性能、与VAc的接枝能力等发生何种变化, 这种变化对PVA c乳液的冻融稳定性影响如何等尚缺乏系统的研究.本文研究PVA 和聚乙烯醇缩甲醛(PVAF)的水溶液性质,以及这些性质同PVAc乳液冻融稳定性之间的关系, 探讨以PVAF为保护胶体的PVAc乳液冻融稳定改性机理以及影响因素。二、 实验部分2.1 主要试剂及仪器原料组成原料组成聚乙烯醇醋酸乙烯酯甲醛盐酸氢氧化钠OP-1014g7ml3.5ml2ml0.5g(4ml)1-2ml过硫酸钾尿素乙二醇DBP蒸馏水0.28g(5ml)0.28g(5ml)4
11、ml3ml92ml实验试剂三口烧瓶（500ml）1个数显恒温水浴一套（HH-1）上海浦东物理光学仪器厂制造回流冷凝管1支强力电动搅拌机（JB90-D）上海标本模型厂制造温度计1支滴液漏斗（100ml）1只量筒（100ml）2个量筒（10ml）1个实验仪器2.2 实验步骤：2.2.1 聚乙烯醇缩甲醛的制备2,.2.1.1 在250ml三口烧瓶中加入90ml去离子水和17gPVA,在搅拌下升温溶解。2.2.1.2 升温到90度，待PVA全部溶解后，降温至85度左右加人3ml甲醛搅拌15分钟，滴加1:4的盐酸溶液，控制反应体系PH值至1-3，保持反应温度90度左右。2.2.2.3 继续搅拌，反应体系
12、逐步变稠。当体系中出现气泡或有絮状物产生时，立即迅速加入1.5ml8%的NAOH溶液，调节PH值至8-9，冷却、出料，所得的无色透明粘稠液体。2.2.2聚乙烯醇缩甲醛的改性将制备好的聚乙烯醇缩甲醛加到有回流冷凝器、搅拌器的反应釜中，再加入乳化剂OP-102ml和水30ml，开动搅拌器，使之混合均匀。然后加入占总量15%的醋酸乙烯酯和占总量40%的引发剂。加热升温，当温度升到66度时，出现回流。用温度控制回流速度，待回流基本失后，升温到80度左右，以每小时加入占醋酸乙烯酯总量10%的速度连续滴加醋酸乙烯酯，同时以每小时占引发剂总量的4-5%的速度加入过硫酸钾溶液。控制在3小时左右加完醋酸乙烯酯，
13、全部加完之后，再加入余下的引发剂，升温至90-95度，保温半小时。最后，冷却到50度以下，加入预先配好的10%碳酸氢钠水溶液及邻苯二甲酸二丁酯，搅拌均匀后，出料。 实验装置图2.3 性能测试2.3.1 粘度采用NDJ-1旋转粘度计对样品的粘度进行测试。主要技术指标（1）测定范围：10mPas（2）转子规格：1、2、3、4号四种转子（3）转速：6转/分、12转/分、30转/分、60转/分（4）量误差：5%（5）电源：220V 50Hz（6）外形尺寸：300300450(mm)（7）净重：1.5kg（不包括支架） NDJ-1旋转粘度计示意图量程、系数及转子、转速的选择：a.先大约估计被测液体的粘度
14、范围，然后根据量程表选择适当的转子和转速；如测定约3000mPas左右的液体时可选用下列组合：2号转子6转/分或3号转子30转/分b.当估计不出被测液体的大致粘度时，应假定为较高的粘度，试用由小到大的转子和由慢到快的转速。原则是高粘度的液体选用小转子（转子号高），慢速度；低粘度的液体选用大转子（转子号低），快转速。c.系数：测定时指针在刻度盘上指示的读数必须乘上系数表上的特定系数才为测得的粘度（mPas）。即：=K 式中=粘度 K=系数 =指针所指读数（偏转量）d.频率误差的修正：当使用电源频率不准时，可按下列公式修正：实际粘度=指示粘度名义频率/实际频率e.系数表 系 转速 数转子60301
15、261125102510255032040100200410020050010002.3.2 固含量先将洗干净的小烧杯放入烘箱中7个小时烘干，然后测每个小烧杯的质量M1。再将制备好的白乳胶各取1-2g倒入小烧杯中称其质量M2，然后放入烘箱在105C下烘2h,取出冷却至室温，测一次质量，再烘30min，测质量M3，如此反复至几次称的质量差不超过0.01为止。根据烘干前后的质量计算固含量CC=（M3-M1）（M2 -M1）100%2.3.3 抗冻性将待测试样装入350ml的塑料瓶中，在零下15C左右冷冻24h,取出来室温冷却24h,测其粘度，然后再进行一次冻融循环最后再测一次粘度。测定其变化率。变
16、化率=2-0/00为冻前的粘度1第一次冻融循环后的粘度2第二次冻融循环后的粘度变化率越大其抗冻性越差，反之则越好。三 实验数据记录 固含量的测定 质量 样品第一次（样品净重）第二次第三次第四次未改性1.2092g52.1104g52.1040g52.1036g1788一次加（14ml）1.3808g52.2518g52.2263g52.2220g1788半连续（10ml）1.4384g52.7116g52.6820g52.6772g1788半连续（12ml）1.1431g51.5138g51.5130g51.5103g1788半连续（14ml）1.7911g51.6244g51.5919g51
17、.5809g1788半连续（16ml）1.3797g51.4324g51.4308g51.4292g1788半连续（18ml）1.3465g52.3277g52.3266g52.3256g 粘度的测定样品转子（号）转速(转/分)读数粘度（mPas）未改性4303264001788一次加2124210501788半连续（10ml）263718501788半连续（12ml）2123619001788半连续（14ml）264722001788半连续（16ml）264423501788半连续（18ml）264824002099半连续（14ml）212392650第一次冻融后的粘度样品转子（号）转速(转
18、/分)读数粘度（mPas）未改性块状物 1788一次加3303514001788半连续（10ml）3304718801788半连续（12ml）3604619201788半连续（14ml）3123636001788半连续（16ml）3123636002099半连续（14ml）468989000 第二次冻融后的粘度样品转子（号）转速(转/分)读数粘度（mPas）未改性成块状物1788一次加3304016001788半连续（10ml）3304718801788半连续（12ml）3302319201788半连续（14ml）3123636001788半连续（16ml）3308436602099半连续（1
19、4ml）成块状物四、结果与讨论4.1 不同醇解度的PVA对白乳胶性能的影响4.1.1 对粘度的影响性能指标对比比较项目 1788 2099外观 乳白的稠胶 乳白色胶粘度（mPas ） 2350 2650 通过实验表明，不同醇解度的PVA对白乳胶性能有一定的影响。由上述表格可以看出，醇解度高的PVA（2099）粘度比醇解度低得粘度要高。究其原因是因为PVA-2099的醇解度为99%，分子结构中含有大量的亲水性羟基（-OH）,空间位阻较小, 分子间的羟基形成氢键, 制作的乳液受其分子链相互缠绕容易形成团状, 所以表现出来的粘度大一点。4.1.2 对固含量的影响 样品 外观 固含量（%）未改性 粘稠
20、 321788半连续（14ml） 好 222099半连续（14ml） 好 28上述数据表明未改性白乳胶的固含量最大，2099的固含量相对比1788的高一些，而改性后的白乳胶从外观上看要比未改性的要好很多，流动性改善了不少。4.1.3 对抗冻性的影响 样品 外观 粘度 变化率未改性白乳胶 粘度过大成块状 超出量程范围 10PVA-1788 流动性好 3600 0.53PVA-2099 成块状并有少许絮状物 超出量程范围 36上述结果表明，在第一次冻融循环后，未改性的白乳胶已经粘度过大，成块状物，不能够进行测量对比。两次冻融循环后，PVA-1788的白乳胶流动性仍较好，粘度适中，变化率较小。而PV
21、A-2099改性的白乳胶也已经成块状物不能够进行测量。因此，改性后的白乳胶抗冻性较好，其中PVA-1788 的抗冻性较PVA-2099的更好。4.2 VAC用量对白乳胶性能的影响4.2.1 对粘度的影响样品（VAc） 未改性 10ml 12ml 14ml 16ml 18ml粘度（mPas） 6400 1850 1900 2200 2350 2400 上述结果表明随着醋酸乙烯酯用量的增大，改性后的白乳胶的粘度在不断增大。但较之未改性的白乳胶来说粘度较小，其流动性能较好。随着反应的进行，用量越大，反应过程中交联度越大，交联越充分，这样导致反应完全后的乳液粘度会增大一些。4.2.2 对固含量的影响样
22、品（VAc） 未改性 10ml 12ml 14ml 16ml 18ml固含量（%） 32 19 21 22 22 23 上述结果表明随着醋酸乙烯酯的用量增加，固含量呈一定的增长趋势，而与未改性的白乳胶相比，其固含量相对较小。这是因为，醋酸乙烯酯用量增加，乳液浓度会相应增加，单位体积中分子的密度较以前会大一些，测出来的固含量自然也就大一些。4.2.3对抗冻性的影响 样品（VAc） 未改性 10ml 12ml 14ml 16ml 变化率 10 0.0163 0.0105 0.6364 0.5574结果表明，VAc含量为12ml(即原料配比中的6ml)时，改性白乳胶的变化率变化最小，说明其抗冻融稳定
23、性最好，超过或小于12ml的性能均不是很理想。所以可以选择VAc含量为12ml为最佳方案。五、 结论以聚乙烯醇缩甲醛为保护剂制得的白乳胶在粘接性、耐水性和耐冻性能等方面明显优于以聚乙烯醇为保护剂制得的产品1) 与传统的白乳胶相比，经过改性后的白乳胶耐水性、抗冻融稳定性均得到提高。2) 用醇解度为88%的聚乙烯醇制的的改性白乳胶比醇解度为99%的聚乙烯醇制的粘度、耐水性、抗冻性等性能要好。3) 采用半连续滴加法制得的乳液要比一次性滴加制的的乳液性能要好。4) VAc的用量选择在12ml，此时的白乳胶抗冻融稳定性能较为理想。5) 随着VAc的用量的逐渐增大，白乳胶的固含量、粘度均逐渐增大。6) 改
24、性后的白乳胶储存温度最低可达零下10度左右,不影响直接使用;而普通白乳胶的储存温度最低只能达到5以上,一般需10以上。参考文献1盘永才.耐水耐冻白乳胶生产新工艺探索J.精细化工中间体, 2002, 32 (1): 4849.2付刚,匡弘,付春明,等. J-133室温固化耐100胶黏剂J.中国胶粘剂, 1997, 7(3): 1517.3 高文先，提高107胶质量的研究，化学建材第9卷第2期4 徐峰，107胶生产及其改性技术，中国胶粘剂第3卷第6期5 杨宝武，聚乙烯醇缩醛的应用，中国胶粘剂 1994，（2）：42476刘丹凤,武玉民.耐寒白乳胶的研究 J.山东轻工业学院学报, 1995, 9 (
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