实验5　聚乙烯醇缩甲醛外墙涂料的制备

实验目的

（1）了解涂料的基本组成，了解涂料的基本配制过程。

（2）掌握聚乙烯醇缩甲醛外墙涂料的制备方法和实验技术。

实验原理

涂料一般由不挥发分（成膜物质）和挥发分（稀释剂）两部分组成。在物件表面涂后，涂料的挥发分逐渐挥发逸去，留下不挥发分干燥成膜。成膜物质又分为主要成膜物质、次要成膜物质和辅助成膜物质三类。主要成膜物质可以单独成膜，也可以黏结颜料等物质共同成膜，所以也称黏结剂，它是涂料的基础，因此常称为基料、漆料和漆基。涂料的次要成膜物质包括颜料和体质颜料，辅助成膜物质包括各种助剂。

建筑物的外墙要经历风吹、日晒、雨淋和温度的起伏变化，许多涂料经受不起这种考验，发生褪色、开裂和脱落。外墙涂料在耐候性、附着力和硬度等方面的性能比内墙涂料有着更高的要求。

本实验以聚合度约1700的聚乙烯醇（PVA）为主要原料，在盐酸的催化下与甲醛反应，生成聚乙烯醇缩甲醛（107胶）。

由于聚乙烯醇分子中只有一小部分羟基参加缩醛反应，仍存在着大量的自由羟基，同时部分羟基的缩醛化破坏了聚乙烯醇分子的规整结构，使生成的这种107胶仍具有较好的水溶性。

以107胶为基础原料，加入填料、颜料、消泡剂和防沉淀剂等物料，经充分混合和研磨分散，就成为聚乙烯醇缩甲醛外墙涂料。将其涂装在墙面上，待水分挥发后，由于聚乙烯醇缩甲醛分子的羟基间的氢键作用力以及羟基与填料等物质的极性间的作用力，使107胶能与填料、颜料及其他成分牢固地黏附在墙面上，起保护和装饰作用。本实验所制备的涂料，对墙面有较强的黏附力，遮盖力强，硬度高，耐光性和耐水性良好，成本低廉。

仪器与试剂

仪器　水浴锅、电动搅拌器、搅拌棒、三口圆底烧瓶（500mL）、滴液漏斗（100mL）、烧杯（500mL）。

试剂　甲醛（36%）、聚乙烯醇（聚合度1700）、盐酸（37%）、氢氧化钠、钛白粉、立德粉、滑石粉、轻质碳酸钙。

实验内容

（1）聚乙烯醇缩甲醛溶液（107胶）的制备

在装有电动搅拌、滴液漏斗、温度计的三口圆底烧瓶中，加入200mL水，搅拌下加入15g聚乙烯醇。加热升温至80～90℃，搅拌至完全溶解。加入浓HCl，调溶液pH值至2，保持温度在90℃左右，在15～20min内滴入5g 36%的甲醛，在该温度下继续搅拌反应5～10min。温度降至60℃，滴加NaOH（30%）溶液，调节反应液pH值至8～9，停止对溶液的加热，即得聚乙烯醇缩甲醛溶液（107胶）。

（2）107外墙涂料

将以上制得的107胶倾入500mL烧杯中，搅拌下依次加入10g钛白粉、8g立得粉、10g滑石粉、50g轻质碳酸钙和适量的无机颜料，搅拌均匀，必要时加少量水调节稠度，即得到聚乙烯醇缩甲醛外墙涂料。

思考题

（1）聚乙烯醇的主要工业用途是什么？

（2）产物为什么要把最终pH值调至8～9，试讨论PVA缩醛化对酸和碱的稳定性。

（3）为什么缩醛度增加，水溶性会下降？

［附注］

聚乙烯醇的物理性质受化学结构、醇解度、聚合度的影响。在聚乙烯醇分子中存在着两种化学结构，即1，3-乙二醇结构和1，2-乙二醇结构，但主要的结构是1，3-乙二醇结构，即“头·尾”结构。聚乙烯醇的聚合度分为超高聚合度（分子量25万～30万）、高聚合度（分子量17万～22万）、中聚合度（分子量12万～15万）和低聚合度（分子量2.5万～3.5万）。醇解度一般有78%、88%、98%三种。部分醇解的醇解度通常为87%～89%，完全醇解的醇解度为98%～100%。如17-88型聚乙烯醇聚合度为1700，醇解度为88%。常取平均聚合度的千、百位数放在前面，将醇解度的百分数放在后面。一般来说，聚合度增大，水溶液黏度增大，成膜后的强度和耐溶剂性提高，但水中溶解性、成膜后伸长率下降。