聚乙烯醇的性质及其在生活中的应用
一、目的要求
1、了解聚乙烯醇的粘接及胶凝性质;
2、掌握利用聚乙烯醇的胶凝性制取水族箱用工艺品的方法; 3、掌握用聚乙烯醇制备胶水及内墙涂料的方法。
二、基本原理
聚乙烯醇(poly vinyl alcohol) ,简称PVA ,白色片、絮或粉末状固体,无味,高分子化合物,溶于水,不溶于汽油等有机溶剂,属高粘度原料,因其粘合力大,成膜力高,柔软、强韧、耐水性能优良,不易发生化学变化及腐败,而被广泛用于制造维尼纶纤维、织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂等,它也是一种生物相容性好并可降解的材料。
利用冷冻-融化法可将聚乙烯醇水溶液凝胶化而制成PVA 水凝胶弹性体,它是一种具有三维网络结构的功能高分子材料,其结构和性能很接近于人关节软骨,可在矫形外科手术中用于修复或替代关节软骨,因而PVA 水凝胶作为智能生物及医用材料有着广泛的应用前景。
本实验以聚乙烯醇为原料,利用其凝胶性,用冷冻-融化法制备一种水族箱用的鱼形及贝壳形的工艺品,此外还用聚乙烯醇来制备一种胶水及内墙涂料。
三、化学器皿及试剂
化学器皿 玻璃烧杯 玻璃烧杯 量筒 玻璃烧杯 不锈钢杯
规格 500ml 50ml 10ml 250ml 300ml
数量 1 3 1 2 1
化学器皿 玻璃烧杯 量筒 药勺 模具 磁力搅拌子
规格 100ml 100ml
数量 3 1 1 3 1
化学器皿 磁力加热搅拌器
冰箱 滴管 玻棒 5ml 针管
数量 1 1 2 2 1
化学试剂 聚乙烯醇 0.01mol/L 水杨酸
用量 25.0g 1ml
化学试剂 洋红
用量 25.0g
化学试剂 香精 乳化剂OP
用量 2~3滴 1ml
钠溶液 硅酸钠 双飞粉
5.0g 30.0g
钛白粉 蒸馏水
4.0g 若干
群青
0.5g
四、操作步骤
(一)10%聚乙烯醇溶液的配制
称取聚乙烯醇25.0g ,将其倒入500ml 玻璃烧杯中,再用量筒加入250.0ml 沸蒸馏水,记下水位以便以后补充蒸发的水份,倾斜烧杯,沿着杯壁,慢慢加入一个小磁子,将烧杯放在磁力加热搅拌器上,打开搅拌开关,慢慢旋转速度旋钮,使小磁子均匀旋转,搅动溶液;然后打开加热开关,开始加热,保持溶液的温度在90-95C 区间 1-1.5小时,在此期间用沸水补冲遗失的水并配上人工搅拌,使聚乙烯醇完全溶解,得10%聚乙烯醇溶液,供下列实验(二)-(四)使用。 (二)106内墙涂料的制备
1、在50ml 的玻璃烧杯中称取5.0g 硅酸钠,用量筒加入10.0ml 蒸馏水,加热溶解。 2、用量筒取45.0mlPVA 溶液于250ml 的不锈钢杯中,(用3~5ml蒸馏水洗涤2次)加热搅拌升温到45℃左右;
3、在继续搅拌下,慢慢滴加1.0ml 乳化剂OP-10;
4、在快速搅拌下,缓慢加入水玻璃溶液(用3~5ml 蒸馏水洗涤2次),加完后降低搅拌速度,在40-45℃下继续搅拌30分钟;
4、依次称取4.0g 钛白粉,30.0g 双飞粉,0.5g 群青(可以根据自己喜好配制墙面漆的颜色,如白色基料+红色=粉色墙面漆),在高速搅拌下,慢慢加入不锈钢杯中,待一种材料分散均匀后再加下一种原料,即得106内墙涂料。
5、在一块砖头或其它石质的材料上,用小刷子涂刷所制的106内墙涂料,观察期涂刷效果。
(三)胶水的制作
用量筒取100.0ml 10%聚乙烯醇溶液,于250ml 的玻璃烧杯中,用量筒加入1.0ml 水杨酸溶液,再加2~3滴香精,用玻璃棒搅拌均匀,即得胶水。 (四)水族箱用工艺品的制作
用量筒取100.0mlPVA 溶液于1个250ml 的烧杯中,根据个人喜好,用10ml 量筒加入2-5ml (如想做粉色加3~5滴即可)洋红溶液,用玻棒搅拌均匀、调色,然后用针管吸取该
o
有色的PVA 溶液,从模具上较大的孔注入到模具中,直到完全注满模具,重复此操作,做出3-5个注满PVA 溶液的模具,将这些模具贴上写有自己名字的标签,放入冰箱的冷冻室中,于-18度冷冻24小时以上。
从冰箱中取出上周前一组同学所做的、冻了24小时以上的模具,将其用流水冲洗使其解冻,然后将其小心地从模具中取出,将其泡在水中观赏,注意,用PVA 材料制作的工艺品必须完全浸泡在水中观赏,离开水后它会慢慢干缩变形。
五、注意事项
1、在加热溶解聚乙烯醇时,要控制好温度并加速搅拌,防止聚乙烯醇溶液烧糊。 2、水玻璃(硅酸钠)能破坏PVA 与水玻璃形成的胶体,当PVA 水溶液的浓度7%时,水玻璃用量超过8%(占涂料总量) 时,胶体就会倾刻消失,完全失去了粘结性,而当水玻璃用量小于2%时,粘结性较差。当PVA 水溶液浓度为5~5.5%时,水玻璃用量控制在5.5%左右时,胶体粘接性为最好。
3、在向PVA 水溶液中加入水玻璃时,搅拌速度过快或太弱,会产生絮状胶团,无粘性,当PVA 水溶液浓度大于10%时,稍加一些水玻璃也会产生絮状团,在加水玻璃时,若PVA 水溶液高于70℃,制成的涂料放置几天后,也会产生凝胶化现象,一般控制搅拌速度为900转/分,加入水玻璃温度低于45℃为宜。
4、PVA 与水玻璃混合搅拌时会产生泡沫,这种泡沫很难自己消失,若带入涂膜中,形成鱼眼气孔,严重影响涂膜的遮盖力和光洁度。因此要加入少量的非离子表面活性剂,不仅能消除泡沫,而且能促使涂料向混凝土、灰泥壁面渗透,用量为0.2一0.4%。
5、PVA 和水玻璃形成胶体后或已配成涂料后,绝对不能再掺入冷水或温水,否则会影响其粘结性。
6、钛白粉是白色颜料中最好的一种。它不仅具有很大着色力及遮盖力,而且能耐热、耐稀酸、耐光、耐碱。在106内墙涂料中其比重为3.9,在生产白色涂料中,不应减少钛白粉的用量,否则会影响涂料的白度。
7、因硅酸钠水解,溶液呈碱性,因而整个基料呈碱性,应选用耐碱颜料群青,使用涂料色浆作着色颜料进行调色,品质虽优于直接使用颜料的产品,但成本稍高。
六、思考题
1、106内墙涂料中加入乳化剂的作用是什么?
2、聚乙烯醇类内墙涂料与聚乙烯醇胶水还存在哪些缺点,你认为该如何改进?
3、聚乙烯醇已在我们生活中得到了广泛应用,查阅相关资料,试举例说明。 参考文献
1、张毅、汪明礼,聚乙烯醇及其应用[J],黄山学院报.2004,6(3):71~74 2、周贵,106内墙涂料制作技术[J],农村新技术.1994,07:33~34
3、王其林、周静,106内墙涂料质量之主要影响因素及保证措施[J],湖南化工,1987,3:51~53 4、高瀚文、杨荣杰、何吉等,冷冻_解冻制备的聚乙烯醇水凝胶的结构和流变性研究[J],高分子学报,2010,5:542~549 教师需准备的试剂
(1)0.01mol/L水杨酸钠溶液的配制
在50ml 玻璃烧杯中称取水杨酸1.4g ,加入20ml 蒸馏水,加热使水杨酸完全溶解。在另一个50ml 玻璃烧杯称取0.4g 氢氧化钠,加入10ml 蒸馏水,稍微加热使其完全溶解,将其逐滴加入装有水杨酸的烧杯中,使其与水杨酸完全反应,待反应液冷却后,将其转移到100ml 的量筒中,加水到刻度,得0.01mol/L水杨酸钠溶液,将其倒入一试剂瓶中,储存,用作胶水的防腐剂。
(2)洋红溶液的配制
在500ml 玻璃烧杯中称取洋红25.0g ,加入250ml 95%乙醇搅拌使其完全溶解即可。
聚乙烯醇的性质及其在生活中的应用
一、目的要求
1、了解聚乙烯醇的粘接及胶凝性质;
2、掌握利用聚乙烯醇的胶凝性制取水族箱用工艺品的方法; 3、掌握用聚乙烯醇制备胶水及内墙涂料的方法。
二、基本原理
聚乙烯醇(poly vinyl alcohol) ,简称PVA ,白色片、絮或粉末状固体,无味,高分子化合物,溶于水,不溶于汽油等有机溶剂,属高粘度原料,因其粘合力大,成膜力高,柔软、强韧、耐水性能优良,不易发生化学变化及腐败,而被广泛用于制造维尼纶纤维、织物处理剂、乳化剂、纸张涂层、粘合剂等,它也是一种生物相容性好并可降解的材料。
利用冷冻-融化法可将聚乙烯醇水溶液凝胶化而制成PVA 水凝胶弹性体,它是一种具有三维网络结构的功能高分子材料,其结构和性能很接近于人关节软骨,可在矫形外科手术中用于修复或替代关节软骨,因而PVA 水凝胶作为智能生物及医用材料有着广泛的应用前景。
本实验以聚乙烯醇为原料,利用其凝胶性,用冷冻-融化法制备一种水族箱用的鱼形及贝壳形的工艺品,此外还用聚乙烯醇来制备一种胶水及内墙涂料。
三、化学器皿及试剂
化学器皿 玻璃烧杯 玻璃烧杯 量筒 玻璃烧杯 不锈钢杯
规格 500ml 50ml 10ml 250ml 300ml
数量 1 3 1 2 1
化学器皿 玻璃烧杯 量筒 药勺 模具 磁力搅拌子
规格 100ml 100ml
数量 3 1 1 3 1
化学器皿 磁力加热搅拌器
冰箱 滴管 玻棒 5ml 针管
数量 1 1 2 2 1
化学试剂 聚乙烯醇 0.01mol/L 水杨酸
用量 25.0g 1ml
化学试剂 洋红
用量 25.0g
化学试剂 香精 乳化剂OP
用量 2~3滴 1ml
钠溶液 硅酸钠 双飞粉
5.0g 30.0g
钛白粉 蒸馏水
4.0g 若干
群青
0.5g
四、操作步骤
(一)10%聚乙烯醇溶液的配制
称取聚乙烯醇25.0g ,将其倒入500ml 玻璃烧杯中,再用量筒加入250.0ml 沸蒸馏水,记下水位以便以后补充蒸发的水份,倾斜烧杯,沿着杯壁,慢慢加入一个小磁子,将烧杯放在磁力加热搅拌器上,打开搅拌开关,慢慢旋转速度旋钮,使小磁子均匀旋转,搅动溶液;然后打开加热开关,开始加热,保持溶液的温度在90-95C 区间 1-1.5小时,在此期间用沸水补冲遗失的水并配上人工搅拌,使聚乙烯醇完全溶解,得10%聚乙烯醇溶液,供下列实验(二)-(四)使用。 (二)106内墙涂料的制备
1、在50ml 的玻璃烧杯中称取5.0g 硅酸钠,用量筒加入10.0ml 蒸馏水,加热溶解。 2、用量筒取45.0mlPVA 溶液于250ml 的不锈钢杯中,(用3~5ml蒸馏水洗涤2次)加热搅拌升温到45℃左右;
3、在继续搅拌下,慢慢滴加1.0ml 乳化剂OP-10;
4、在快速搅拌下,缓慢加入水玻璃溶液(用3~5ml 蒸馏水洗涤2次),加完后降低搅拌速度,在40-45℃下继续搅拌30分钟;
4、依次称取4.0g 钛白粉,30.0g 双飞粉,0.5g 群青(可以根据自己喜好配制墙面漆的颜色,如白色基料+红色=粉色墙面漆),在高速搅拌下,慢慢加入不锈钢杯中,待一种材料分散均匀后再加下一种原料,即得106内墙涂料。
5、在一块砖头或其它石质的材料上,用小刷子涂刷所制的106内墙涂料,观察期涂刷效果。
(三)胶水的制作
用量筒取100.0ml 10%聚乙烯醇溶液,于250ml 的玻璃烧杯中,用量筒加入1.0ml 水杨酸溶液,再加2~3滴香精,用玻璃棒搅拌均匀,即得胶水。 (四)水族箱用工艺品的制作
用量筒取100.0mlPVA 溶液于1个250ml 的烧杯中,根据个人喜好,用10ml 量筒加入2-5ml (如想做粉色加3~5滴即可)洋红溶液,用玻棒搅拌均匀、调色,然后用针管吸取该
o
有色的PVA 溶液,从模具上较大的孔注入到模具中,直到完全注满模具,重复此操作,做出3-5个注满PVA 溶液的模具,将这些模具贴上写有自己名字的标签,放入冰箱的冷冻室中,于-18度冷冻24小时以上。
从冰箱中取出上周前一组同学所做的、冻了24小时以上的模具,将其用流水冲洗使其解冻,然后将其小心地从模具中取出,将其泡在水中观赏,注意,用PVA 材料制作的工艺品必须完全浸泡在水中观赏,离开水后它会慢慢干缩变形。
五、注意事项
1、在加热溶解聚乙烯醇时,要控制好温度并加速搅拌,防止聚乙烯醇溶液烧糊。 2、水玻璃(硅酸钠)能破坏PVA 与水玻璃形成的胶体,当PVA 水溶液的浓度7%时,水玻璃用量超过8%(占涂料总量) 时,胶体就会倾刻消失,完全失去了粘结性,而当水玻璃用量小于2%时,粘结性较差。当PVA 水溶液浓度为5~5.5%时,水玻璃用量控制在5.5%左右时,胶体粘接性为最好。
3、在向PVA 水溶液中加入水玻璃时,搅拌速度过快或太弱,会产生絮状胶团,无粘性,当PVA 水溶液浓度大于10%时,稍加一些水玻璃也会产生絮状团,在加水玻璃时,若PVA 水溶液高于70℃,制成的涂料放置几天后,也会产生凝胶化现象,一般控制搅拌速度为900转/分,加入水玻璃温度低于45℃为宜。
4、PVA 与水玻璃混合搅拌时会产生泡沫,这种泡沫很难自己消失,若带入涂膜中,形成鱼眼气孔,严重影响涂膜的遮盖力和光洁度。因此要加入少量的非离子表面活性剂,不仅能消除泡沫,而且能促使涂料向混凝土、灰泥壁面渗透,用量为0.2一0.4%。
5、PVA 和水玻璃形成胶体后或已配成涂料后,绝对不能再掺入冷水或温水,否则会影响其粘结性。
6、钛白粉是白色颜料中最好的一种。它不仅具有很大着色力及遮盖力,而且能耐热、耐稀酸、耐光、耐碱。在106内墙涂料中其比重为3.9,在生产白色涂料中,不应减少钛白粉的用量,否则会影响涂料的白度。
7、因硅酸钠水解,溶液呈碱性,因而整个基料呈碱性,应选用耐碱颜料群青,使用涂料色浆作着色颜料进行调色,品质虽优于直接使用颜料的产品,但成本稍高。
六、思考题
1、106内墙涂料中加入乳化剂的作用是什么?
2、聚乙烯醇类内墙涂料与聚乙烯醇胶水还存在哪些缺点,你认为该如何改进?
3、聚乙烯醇已在我们生活中得到了广泛应用,查阅相关资料,试举例说明。 参考文献
1、张毅、汪明礼,聚乙烯醇及其应用[J],黄山学院报.2004,6(3):71~74 2、周贵,106内墙涂料制作技术[J],农村新技术.1994,07:33~34
3、王其林、周静,106内墙涂料质量之主要影响因素及保证措施[J],湖南化工,1987,3:51~53 4、高瀚文、杨荣杰、何吉等,冷冻_解冻制备的聚乙烯醇水凝胶的结构和流变性研究[J],高分子学报,2010,5:542~549 教师需准备的试剂
(1)0.01mol/L水杨酸钠溶液的配制
在50ml 玻璃烧杯中称取水杨酸1.4g ,加入20ml 蒸馏水,加热使水杨酸完全溶解。在另一个50ml 玻璃烧杯称取0.4g 氢氧化钠,加入10ml 蒸馏水,稍微加热使其完全溶解,将其逐滴加入装有水杨酸的烧杯中,使其与水杨酸完全反应,待反应液冷却后,将其转移到100ml 的量筒中,加水到刻度,得0.01mol/L水杨酸钠溶液,将其倒入一试剂瓶中,储存,用作胶水的防腐剂。
(2)洋红溶液的配制
在500ml 玻璃烧杯中称取洋红25.0g ,加入250ml 95%乙醇搅拌使其完全溶解即可。