聚乙烯醇pva的制备聚醋酸乙烯pvac的醇解.doc

实验 2-21 聚乙烯醇(PVA) 的制备——聚醋酸乙烯(PVAC) 的醇解一、实验目的了解聚醋酸乙烯的醇解反应原理、特点及影响醇解程度的因素。二、实验原理在醋酸乙烯的溶液聚合实验中,我们已经说过,聚乙烯醇是不能直接用乙烯醇单体聚合而得。工业上应用的聚乙烯醇是通过聚醋酸乙烯醇解( 或水解) 这个聚合物的化学反应而得到的。由于醇解法制得的 PVA 容易精制、纯度较高、产品性能较好,因而目前工业上多采用醇解法。本实验采用以甲醇为醇解剂, NaOH 为催化剂的体系进行醇解反应。为了使实验更适合教学需要, 醇解条件比工业上要来的缓和。 PVAC 和 NaOH-CH 3 OH 溶液中的醇解反应,主要按下列反应进行在主反应中, NaOH 仅起催化剂的作用,但 NaOH 还可以参加以下两个副反应: 这两个副反应在含水量较大情况下,就会显著地进行。它们消耗了大量的 NaOH ,从而降低了对主反应的催化效能, 使醇解反应进行不完全, 影响 PVA 的着色, 降低了产品质量。因而为了尽量避免这种副反应,对物料中的含水量应有严格的要求,一般控制在 5% 以下。从反应方程式中可以看出,醇解反应实际上是甲醇与 PVAC 进行的酯交换反应。这种使高聚物结构发生改变的化学反应,在高分子化学中叫做高分子化学反应。 PVAC 的醇解反应( 又称酯交换反应) 的机理和低分子酯与醇之间的交换反应很相似。在 PVAC 醇解反应中,由于生成的 PVA 不溶于甲醇中,所以呈紫状物析出。用作纤维的 PVA ,残留醋酸根含量控制在≤ % ,( 醇解度为 %) 。为了满足这个要求, 就要选择合适的工艺条件, 主要是: 1. 甲醇的用量甲醇的用量即 PVAC 的浓度对醇解反应影响很大。实践证明,其它条件不变时,醇解度随聚合物浓度的提高而降低,但若聚合物浓度太低,则溶剂用量大,溶剂的损失和回收工作量大,所以工业生[ CH 2 -CH ] n+ nCH 3 OH OCOCH 3 NaOH [CH 2 -CH ] n+ nCH 3 COOCH 3 OH CH 3 COOCH 3+ NaOH CH 3 COONa + CH 3 OH [CH 2 -CH ] n+ nNaOH [CH 2 -CH ] n+ nCH 3 COONa OCOCH 3 OH CH 3 OH + NaOH CH 3 -O Na +H 2O ~~~CH 2 -CH~~~ + CH 3 ONa OCH 3 ~~~CH 2 -CH~~~ O CH 3 -COCH 3O Na H 2O ~~~CH 2 -CH~~~ + CH 3 COOCH 3+ Na + OH OH 产上选择聚合物浓度为 22% 。 2. NaOH 用量目前工厂中 NaOH 用量为 PVAC 的 (mol) ,亦即:NaOH ∶ PVAC= ∶ 1(mol) 。实验证明:碱用量过高,对醇解速度,醇解度影响不大,反而增加体系中醋酸钠含量,影响产品质量。 3. 醇解温度提高反应温度会加速醇解反应进行,缩短反应时间,但由于温度提高,伴随醇解反应的副反应也相应加速,这样一方面碱的消耗量增加使 PVA 中残存的醋酸根量增加,由于体系内醋酸根的增加,影响了产品的质量,因此目前工业上采用醇解温度为 45~48 ℃。 4. 当我们考虑各种因素的影响时, 要牢记醇解的特点,即 PVAC 是溶于甲醇的,而 PVA 是不溶于甲醇的,这中间有个相变。各种不同的条件对相变发生的迟早,相变前后醇解进行的多、少、难、易都直接影响到 PVA 中的醋酸根含量, 即影响醇解度的大小。在实验室中, 醇解进行好坏的关键, 在于体系内刚刚出现胶冻时,必须采用强烈的搅拌,将胶冻打碎,才能保证醇解较完全地进行。工业上 PVA 绝大多数用于制备维尼纶纤维,也可用于苯乙烯、氯乙烯等悬浮聚合中的悬浮剂。市场出售的合成浆糊,就是以 PVA 为原料而制成的( 将所得的 PVA 进一步与甲醛反应制成聚乙烯醇缩甲醛——胶水)。三、实验仪器及试剂三口瓶,电动搅拌器,温度计,恒温水浴,抽滤装置聚醋酸乙烯(自制) ,无水甲醇,氢氧化钠四、实验步骤在装有搅拌器( 搅拌叶为弹簧式) 和冷凝管的 250 mL 三颈瓶中, 加入 90 mL 无水甲醇, 并在搅拌下慢慢加入剪成碎片的 PVAC15 g( 自制) ,加热搅拌使其溶解①。将溶液冷却到 30℃加3 mL 、 3%NaOH-CH 3 OH 溶液,水浴温度控制在 32℃,进行醇解。当体系中出现胶冻立即强烈地搅拌②,继续搅拌 h, 打碎胶冻, 再加入 mL 、 3%NaOH-CH 3 OH 溶液, 水浴温度在 32℃保持 h。然后升温到 62℃,再反应 1h ,将生成的 PVA 抽滤、压干,并进行干燥。五、注释①溶解