精品文档交流 水溶性高分子聚乙烯醇的制备及其应用 * 中山大学化学与化学工程学院 应用化学 广州 510275 摘要：本实验采用溶液聚合法，以AIBN作为引发剂合成聚乙酸乙烯酯，然后用NaOH的甲醇溶液进行醇解，得到聚乙烯醇5.527 g，产率54.0%，之后利用红外对聚乙酸乙烯酯与聚乙烯醇进行表征。之后利用聚乙烯醇的缩醛化反应制备胶水，利用聚乙烯醇的性质制备面膜。 关键词：水溶性高分子 聚乙烯醇 聚乙酸乙烯酯 红外光谱法 1. 引言
水溶性高分子化合物又称水溶性树脂或水溶性聚合物，是一种亲水性的高分子材料，在水中能溶胀而形成溶液或分散液。1924年，德国化学家WO. Hermann和WW. Haehel首次将碱液加入到聚乙酸乙烯酯的甲醇溶液中，得到聚乙烯醇（PVA）。聚乙烯醇为白色絮状固体或片状固体，无毒无味，是使用最广泛的合成水溶性高分子，具有优良的力学性能和可调节的表面活性。PVA具有多羟基强氢键，以及单一的-C-C-单键结构，这样的结构不但使PVA具有亲水性，还有黏合性、成膜性、分散性、润滑性、增稠性等良好性能。
PVA的制备首先由乙酸乙烯酯聚合成聚乙酸乙烯酯，然后将其醇解生成PVA，其反应式如下：
PVA的结构可以看成是交替相隔的碳原子上带有羟基的多元醇，因此，其发生的反应为多元醇反应，如醚化、酯化、缩醛化。聚乙烯醇和羰基化合物反应可得到缩醛化合物。本实验利用聚乙烯醇和甲醛反应，生产聚乙烯醇缩甲醛，作为胶水使用。
2. 实验过程 2.1 实验仪器 三颈瓶，回流冷凝管，水浴锅，蒸汽蒸馏装置，滴液漏斗，pH试纸，培养皿，抽滤装置，滤纸，真空烘箱。 2.2 实验试剂
偶氮二异丁腈（AIBN），甲醇，乙酸乙烯酯，NaOH，聚乙烯醇，甲酸，40%甲醛水溶液，盐酸，羧甲基纤维素，丙二醇，乙醇。 2.3 实验步骤
2.3.1聚合反应 精品文档交流
往装有回流冷凝管的三颈瓶中加入0.03 g（0.18 mmol）AIBN，20 g（22 mL）乙酸乙烯酯和10 mL甲醇，开动搅拌。当AIBN完全溶解时，将反应体系温度升至73 ℃，在回流状态下保持反应3h，得到透明的黏稠状物。加入10 mL甲醇，搅拌0.5 h，使其成为均匀溶液。 2.3.2 除去未反应的单体
搭建如图蒸气蒸馏装置，用甲醇蒸汽除去未反应的单体。在三颈瓶I中加入甲醇和几颗沸石。三颈瓶II为聚合物溶液。用水浴加热瓶I使甲醇蒸汽进入三颈瓶II，在60℃左右蒸出的馏分是乙酸乙烯酯与甲醇的共沸物。若室温太低蒸不出则可用65 ℃水浴加热瓶II，使单体顺利蒸出，直至瓶II温度稳定在65 ℃左右（甲醇沸点温度）。乙酸乙烯酯一定要除净，否则下步反应产物发黄。
2.3.3 聚乙酸乙烯酯的醇解反应 在上述已除去残余单体的聚合物溶液中加入浓度伟20 %的NaOH甲醇溶液，使聚乙酸乙烯酯醇解为聚乙烯醇。按照聚合物与NaOH比为1:0.3（物质的量比）的配料比加碱，碱液的加入量可按下式计算：
碱液量=20×转化率×0.3×4086×碱浓度(𝑔)
式中，20是聚合是乙酸乙烯酯单体的投入量；40是NaOH的相对分子质量；86是乙酸乙烯酯的相对分子质量。醇解步骤如下:把已经除去未反应的乙酸乙烯酯的聚合物溶液（其总体积约为80 mL，如过少，可用甲醇稀释），倒入250 mL烧杯中，温度控制在20 ℃，快速加入所需浓碱液并不断搅拌，片刻即有白色絮状的聚乙烯醇析出。醇解结束后，将聚合物滤出抽干，真空烘干，称量，计算产率。
2.3.4 红外光谱测定聚乙酸乙烯酯的化学结构 用溶液铸膜的方法制备聚乙酸乙烯酯薄膜：取少量稀释后的聚乙酸乙烯酯甲醇溶液，均匀地涂覆在溴化钾片上，烘干后即可用于进行红外光谱测试。
取0.25 g 聚乙烯醇样品，置于装有10mL去离子水的烧杯中，水浴加热，同时开动搅拌，使PVA完全溶解，制得聚乙烯醇溶液，将溶液均匀涂覆在溴化钾片上，烘干后进行红外光谱测试。
2.3.5 聚乙烯醇杂化妆品行业中的应用——成膜剂 利用聚乙烯醇的乳化、黏结、成膜、增稠等性能，聚乙烯醇可有效地应用于化妆品中。天然蜡、油和脂的稳定乳液可以由部分醇解的聚乙烯醇制的，冷霜、清净剂、润肤膏、油脂、刮脸膏等美容品都可以用聚乙烯醇作添加剂。作为润肤膏或净手剂，聚乙烯醇在使用时很快形成一层剥离的膜，它从皮肤上剥离下来后即可清除皮肤上的污物。具体的配方及工艺如下：
羧甲基纤维素：5份；聚乙烯醇：15份；丙二醇：3份；乙醇：10份；精制水：余量。 精品文档交流
室温下将羧甲基纤维素和聚乙烯醇分散于精制水（预留挥发量3%）中，加热到95-100℃，搅拌溶解，得溶液A；将丙二醇和乙醇混合之后得溶液B；待溶液A的温度冷却至室温后 ，将B溶液加入到A溶液中，搅拌均匀，所得溶液为未加香精和防腐剂的面膜原液。
2.3.6 聚乙烯醇的缩醛化反应——聚乙烯醇缩甲醛的制备 在250 mL三颈瓶中加入蒸馏水25 mL，聚乙烯醇3.5 g，搅拌下在100 ℃加热使聚合物溶解。后降温至90℃，加入2.3 mL甲醛水溶液（40%），搅拌15min后加入0.25 mL 2.5mol/L盐酸，使溶液pH为1-3,90℃下搅拌约0.5 h，体系逐渐变稠。当有气泡或絮状物产生时，迅速加入8% NaOH溶液0.7 5mL，调节pH至8-9，冷却降温得透明黏稠液，即为一种市售胶水。
3. 结果与讨论 3.1 产物的外观及质量 产物为白色颗粒状固体，无弹性，质量为5.527 g。
~ 86.1 44.1 20g x 理论产量=20÷86.1×44.1=10.244 g，产率=5.527 g÷10.244 g×100%=54.0 % 3.2红外光谱测定
图1 聚乙酸乙烯酯的红外光谱图 414.40441.7346
9
.14
495.08525.5
4
550.46605
.
53797.53945.791023.021121.591240.251372.321433.501738.602339.62
2927.91345
8
.27375
4
.08
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
90
95
%T 1000 2000 3000 4000 Wavenumbers (cm-1)精品文档交流
由红外光谱图可得，位于2928 cm-1左右的峰应为甲基、亚甲基的伸缩振动峰；在1738 cm-1的峰应为酯类化合物的C=O的伸缩振动吸收峰；C-O-C伸缩振动为1240 cm-1的峰；位于1372 cm-1的峰应为-C-CH3结构的伸缩振动
峰，由以上分析可认为该化合物确为聚乙酸乙烯酯。
图2 聚乙烯醇的红外光谱图 通过分析，红外谱图中位于3358 cm-1的宽峰应为O-H的伸缩振动峰； 2939 cm-1的峰应为甲基、亚甲基的伸
缩振动峰；在1093 cm-1的峰应为C-O的伸缩振动吸收峰，由以上分析可认为该化合物确为聚乙烯醇。
3.3面膜原液的制备和效果 该面膜原液为乳状物，涂在手上，晾干后形成一层可以剥离的薄膜。具有良好的保湿性。 3.4市售胶水的制备和效果 该胶水为无色透明产品，具有良好的粘合效果。效果如下所示：
4. 结论 本实验采用溶液聚合法进行乙酸乙烯酯单体的自由基聚合反应，然后对其进行醇解，得聚乙烯醇5.527 g，产率54.0 %，然后利用红外光谱法对聚乙酸乙烯酯和聚乙烯醇进行表征。之后以聚乙烯醇为原料制备了面膜与胶水并探究其性能。
476.56706.78
851.02
1093.901141.011331.661421.88
1654.381797.692373
.
82
2939.753358.51
3754.50
66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90
92
94 96 98
%T 1000 2000 3000 4000 Wavenumbers (cm-1)