實驗5　聚乙烯醇縮甲醛外墻涂料的制備

實驗目的

（1）了解涂料的基本組成，了解涂料的基本配制過程。

（2）掌握聚乙烯醇縮甲醛外墻涂料的制備方法和實驗技術。

實驗原理

涂料一般由不揮發分（成膜物質）和揮發分（稀釋劑）兩部分組成。在物件表面涂后，涂料的揮發分逐漸揮發逸去，留下不揮發分干燥成膜。成膜物質又分為主要成膜物質、次要成膜物質和輔助成膜物質三類。主要成膜物質可以單獨成膜，也可以黏結顏料等物質共同成膜，所以也稱黏結劑，它是涂料的基礎，因此常稱為基料、漆料和漆基。涂料的次要成膜物質包括顏料和體質顏料，輔助成膜物質包括各種助劑。

建筑物的外墻要經歷風吹、日曬、雨淋和溫度的起伏變化，許多涂料經受不起這種考驗，發生褪色、開裂和脫落。外墻涂料在耐候性、附著力和硬度等方面的性能比內墻涂料有著更高的要求。

本實驗以聚合度約1700的聚乙烯醇（PVA）為主要原料，在鹽酸的催化下與甲醛反應，生成聚乙烯醇縮甲醛（107膠）。

由于聚乙烯醇分子中只有一小部分羥基參加縮醛反應，仍存在著大量的自由羥基，同時部分羥基的縮醛化破壞了聚乙烯醇分子的規整結構，使生成的這種107膠仍具有較好的水溶性。

以107膠為基礎原料，加入填料、顏料、消泡劑和防沉淀劑等物料，經充分混合和研磨分散，就成為聚乙烯醇縮甲醛外墻涂料。將其涂裝在墻面上，待水分揮發后，由于聚乙烯醇縮甲醛分子的羥基間的氫鍵作用力以及羥基與填料等物質的極性間的作用力，使107膠能與填料、顏料及其他成分牢固地黏附在墻面上，起保護和裝飾作用。本實驗所制備的涂料，對墻面有較強的黏附力，遮蓋力強，硬度高，耐光性和耐水性良好，成本低廉。

儀器與試劑

儀器　水浴鍋、電動攪拌器、攪拌棒、三口圓底燒瓶（500mL）、滴液漏斗（100mL）、燒杯（500mL）。

試劑　甲醛（36%）、聚乙烯醇（聚合度1700）、鹽酸（37%）、氫氧化鈉、鈦白粉、立德粉、滑石粉、輕質碳酸鈣。

實驗內容

（1）聚乙烯醇縮甲醛溶液（107膠）的制備

在裝有電動攪拌、滴液漏斗、溫度計的三口圓底燒瓶中，加入200mL水，攪拌下加入15g聚乙烯醇。加熱升溫至80～90℃，攪拌至完全溶解。加入濃HCl，調溶液pH值至2，保持溫度在90℃左右，在15～20min內滴入5g 36%的甲醛，在該溫度下繼續攪拌反應5～10min。溫度降至60℃，滴加NaOH（30%）溶液，調節反應液pH值至8～9，停止對溶液的加熱，即得聚乙烯醇縮甲醛溶液（107膠）。

（2）107外墻涂料

將以上制得的107膠傾入500mL燒杯中，攪拌下依次加入10g鈦白粉、8g立得粉、10g滑石粉、50g輕質碳酸鈣和適量的無機顏料，攪拌均勻，必要時加少量水調節稠度，即得到聚乙烯醇縮甲醛外墻涂料。

思考題

（1）聚乙烯醇的主要工業用途是什么？

（2）產物為什么要把最終pH值調至8～9，試討論PVA縮醛化對酸和堿的穩定性。

（3）為什么縮醛度增加，水溶性會下降？

［附注］

聚乙烯醇的物理性質受化學結構、醇解度、聚合度的影響。在聚乙烯醇分子中存在著兩種化學結構，即1，3-乙二醇結構和1，2-乙二醇結構，但主要的結構是1，3-乙二醇結構，即“頭·尾”結構。聚乙烯醇的聚合度分為超高聚合度（分子量25萬～30萬）、高聚合度（分子量17萬～22萬）、中聚合度（分子量12萬～15萬）和低聚合度（分子量2.5萬～3.5萬）。醇解度一般有78%、88%、98%三種。部分醇解的醇解度通常為87%～89%，完全醇解的醇解度為98%～100%。如17-88型聚乙烯醇聚合度為1700，醇解度為88%。常取平均聚合度的千、百位數放在前面，將醇解度的百分數放在后面。一般來說，聚合度增大，水溶液黏度增大，成膜后的強度和耐溶劑性提高，但水中溶解性、成膜后伸長率下降。