聚乙烯醇缩甲醛 .pdfVIP

化学化工学院材料化学专业实验报告实验

实验名称：聚乙烯醇缩甲醛的制备与分析

年级:2011级材料化学日期：2013-11-3

姓名：周福川学号：222011316210011同组人：王检

一、预习部分

早在1931年，人们就已经研制出聚乙烯醇(PVA)的纤维，但由于PVA的水

溶性而无法实际应用。利用“缩醛化”减少其水溶性，就使得PVA有了较大的实

际应用价值，用甲醛进行缩醛化反应得到聚乙烯醇缩甲醛(PVF)。PVF随缩醛化

程度不同，性质和用途有所不同。控制缩醛在35%左右，就得到了人们称为“维

纶”的纤维(vinylon)。维纶的强度是棉花的1.5～2.0倍，吸湿性5%，接近天

然纤维,又称为合成棉花。在PVF分子中，如果控制其缩醛度在较低水平，由

于PVF分子中含有羟基，乙酸基和醛基，因此有较强的粘接性能，可作胶水使用，

用来粘结金属、木材、皮革、玻璃、陶瓷、橡胶等。

聚乙烯醇与甲醛反应分两步进行:首先,甲醛与聚乙烯醇链上的一个轻基结

合生成半缩醛,该步反应无需酸催化。其次,生成的半缩醛在酸催化下转化成正

[1]

碳离子,而后与相邻的轻基作用得到缩醛。其反应如下：

聚乙烯醇可以与醛类(甲醛、乙醛、丁醛)进行特征反应—缩醛反应，生成六

元环缩醛结构。聚乙烯醇缩甲醛是由聚乙烯醇相邻的羟基之间与甲醛作用，生成

1，3—二氧六环的环状物。当然醛的羰基也可能与两个聚乙烯醇大分子中的两个

羟基进行缩醛反应，这样就会形成大分子之间交联的网型结构的聚合物。甲醛化

反应可分为两种，一种是在聚乙烯醇的水溶液中进行；另一种是利用固体的聚乙

烯醇进行反应。聚乙烯醇纤维在水溶液反应中，醛基沿着聚乙烯醇的链呈不规则

性地与羟基反应。但是在固体反应中情况就不同了，试剂进入聚乙烯醇的非结晶

部分进行反应，结晶部分则不反应。低温下，聚乙烯醇若经200℃进行热处理．结

晶度可50％以上。结晶度低的易溶于水．结晶度高的则不易溶于水，经200℃热

处理的聚乙烯醇固体，即使在80℃的热水中也不溶。维尼纶纤维的生产，就是

利用将聚乙烯醇纤维延伸，热处理，使结晶度提高之后再甲醛化反应。经适度的

甲醛化后，有少量的交联发生，变成热水不溶，也不收缩的纤维。

由于几率效应，聚乙烯醇中邻近羟基成环后，中间往往会夹着一些无法成环

的孤立的羟基，因此缩醛化反应不能完全。为了定量表示缩醛化的程度，定义已

缩合的羟基量占原始羟基量的百分数为缩醛度。

聚乙烯醇是水溶性的高聚物，如果用甲醛将它进行部分缩甲醛化，随着缩醛

度的增加，水溶性愈差。作为维尼纶纤维的聚乙烯醇缩甲醛的缩醛度一般控制在

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聚乙烯醇缩甲醛胶水。反应过程中须控制较低的缩醛

度，使产物保持水溶性。如反应过于猛烈，则会造成局部高缩醛度，导致不溶性

物质存在于水中，影响胶水质量。因此在反应过程中，特别要注意严格控制催化

剂用量、反应温度、反应时间及反应物比例等因素。

聚乙烯醇缩甲醛随缩醛化程度的不同，性质和用途各有所不同。它能溶于甲

酸、乙酸、二氧六环、氯化烃（二氯乙烷、氯仿、二氯甲烷）、乙醇-苯混合物

（30：70）、乙醇-甲苯混合物（40：60）以及60%的含水乙醇等。本实验中，

由于缩醛化反应的程度较低，胶水中尚含有未反应的甲醛，产物往往有甲醛的刺

激性气味。缩醛基团在碱性环境下较稳定，故要调整胶水的pH值。

二.合成工艺

工业上维纶纤维的制造是将聚乙烯醇溶于水中，制得15%左右水溶液,通过

0.07毫米左右孔径的喷丝头,在饱和的硫酸钠水溶液凝固浴中制得纤维，再经拉

伸及热处理，提高强度及耐热水性；然后在催化剂硫酸存在下，与甲醛进行缩醛

化反应，温度约70℃，时间20～30分钟，经水洗，上油即得维纶纤维。维纶纤

维有短纤维、丝束及长丝等品种，其中以棉型短纤维及丝束最为普遍。

维纶纤维相对密度1.26～1.30，软化点220～230℃，水中软化点110℃；

棉型短纤维的纤度1.4旦（定长9000米质量1克为1旦）；干湿强度分别为5.4

克力/旦、4.3克力/旦，干湿伸度分别为16.5%、17.5%，杨氏模数550千克力