胶粘剂实验.doc

1、+ 胶粘剂实验前言胶粘剂实验是胶粘剂课的重要教学环节和实践环节。通过胶粘剂合成和胶粘剂检验方法的实验，可以训练学生进行胶粘剂实验的基本技能，培养学生从事胶粘剂科学实验和解决实际问题的能力，也有利于培养学生理论联系实际的作风，实事求是、严格认真的科学态度与良好的工作习惯。在重编实验讲义的时候，有几点需说明一下。1.树脂合成实验来源于生产配方，但为了在 34 小时内完成实验，对生产工艺作了适当修改。2.胶粘剂检验方法以国家颁布的标准方法为准。在粘度测定中，我们介绍了几种方法。这是因为，作为树脂技术指标的粘度指标，必须用国颁标准方法测定，但作为生产控制，工厂可以采用不同的方法进行粘度测定。为了估算不

2、同粘度的换算关系，附录中增补了粘度换算表。为了保证实验顺利进行，学生必须做到以下几点：1. 实验前，必须按教师的安排认真阅读实验讲义中的有关内容和指定的参考资料，写出预习报告。2. 实验室中应保持清洁、安静和良好的秩序。实验过程要思想集中，认真操作，不得擅自离开。要养成及时记录的习惯，凡观察到的现象，有关的重量、体积、温度、时间及测试数据等，都应立即如实地写在记录本中。3. 尊重教师指导，注意安全，严格按照操作规程和实验步骤进行实验。发生意外事故，应立即报告教师进行处理。4. 注意节约，爱护公物。公用仪器和药品用后立即归还原处。5. 实验结束，把合成的树脂倒入指定容器，将自己使用的仪器、实验台

3、面清洗、整理干净，把本组通用仪器放回橱中。含有树脂的废水不能倒入下水道，要倒入废物缸中。经教师检查并在记录本上签字后，学生方能离开实验室。6. 学生轮流值日。值日生要整理公用仪器、药品，打扫实验室，倒废物缸，检查水电，关好门窗。7. 按要求和指定时间交实验报告。胶粘剂作为高分子科学和材料科学的一个重要分支，是一个异常活跃的科技领域，新理论、新工艺、新技术不断涌现；现代化实验手段和先进仪器被大量应用。鉴于这种情况，本讲义尚有很多不足之处，希望同学们多提宝贵意见，以便不断改进我们的实验课。实验一 水溶性酚醛树脂的制造该树脂系苯酚与甲醛经加成缩聚反应制成的水溶性初期酚醛树脂，涂胶单板不需要低温干燥可

4、直接压制胶合板。一、实验目的1. 掌握酚醛树脂的实验室制造方法；2. 了解水溶性酚醛树脂的形成过程；3. 学会安装和使用实验室合成树脂的装置。二、仪器合成装置：包括电动搅拌器、三口烧瓶、球形冷凝管、温度计、搅拌轴套（或水封）搅拌棒、水（油）浴锅、加热器。台秤、烧杯。三、制造方法1. 配方苯酚（100%） （1） 50 克甲醛（37%） 86.3 克氢氧化钠（30%） 35.5 克2. 操作步骤（1） 在教师指导下，安装、调试合成装置。（2） 将熔化之苯酚加入三口瓶，开动搅拌器，依次加入氢氧化钠溶液和一次甲醛溶液（为总量的 4/5） 。（3） 开始加热，在 4050 分钟内使内温均匀升至 942

5、（注意放热反应，勿使胶液喷出） ，保温 5 分钟。（4） 降温至 80，加入二次甲醛溶液（为总量的 1/5） ，加完后使内温升至 942，保温。（5） 保温 20 分钟，开始测粘度（2） 。当粘度达到要求时，立即倒出水浴锅中的热水，加入冷水冷却，当内温降至 40以下，出料。纯苯酚用量注：（1）苯酚实际用量=苯酚的纯度（%）（2）粘度控制可用气泡粘度计，当流动秒数达 4-8 秒（20）即达到粘度要求。气泡粘度计测定粘度准确度较差，一般只用于树脂生产中粘度的控制。3. 树脂技术指标外观：红褐色透明粘液粘度：4001100mPa.s（0.40-1.10Pa.s）固体含量：大于 45%游离酚：小于 1

6、.5%贮存期：大于 20 天（20）思考题1. 计算原料配方的克分子比。2. 分析该树脂生产的工艺类型。3. 写出初期酚醛树脂的生成反应。4. 在反应过程中，氢氧化钠的作用是什么？实验二 脲醛树脂的制造该树脂系尿素与甲醛经加成缩聚反应制成的初期树脂，加入固化剂（有时要加入填料等辅助材料）调成胶液，可用于压制胶合板和碎料板。一、实验目的1. 掌握脲醛树脂的实验室制造方法；2. 了解脲醛树脂的形成过程；3. 了解减压蒸馏原理及减压蒸馏装置的操作方法。二.仪器合成装置：电动搅拌器、三口烧瓶、球形冷凝管、温度计、搅拌棒、电加热套、天平、烧杯、量筒。减压蒸馏装置：见附录一。三.制造方法1. 配方尿素（9

7、8%） 46.5 克（28 克+12 克+6.5 克）甲醛（37%） 80 克（76ml）氢氧化钠（30%） 适量氯化铵（20%） 适量2. 操作步骤（1）将甲醛加入三口烧瓶，开动搅拌器。用氢氧化钠溶液调节 pH 至 7.5-8.0，加入一次尿素 U1。（2）在 30-40 分钟内升温至 902，保温 45 分钟。（3）用氯化铵调 pH=4.4-4.8，在 902下反应，不断测定混浊点（一滴胶液在 15-20冷水中出现雾状混浊时的反应程度） 。（4）出现混浊时，立即调 pH=7.0-7.2，加入二次尿素 U2，在 70-80脱水，达脱水量（总量的 10%-20%） 。（5）降温至 60，加入三

8、次尿素 U3，搅拌 10 分钟，45出料。3. 技术指标外观：乳白色粘稠液体粘度：250-1000mPa.s（0.25-1.00Pa.s ）固体含量：大于 60%游离醛：不大于 2.5%pH 值：7.07.5四、思考题1. 计算原料配方的克分子比（摩尔比） 。2. 分析树脂形成过程，写出初期脲醛树脂的生成反应。3. 在反应过程中，你有没有观察到反应液自动生温和 pH 值下降的现象？为什么会出现上述现象？4. 在加料次序上，为什么合成脲醛树脂时先加甲醛，而合成酚醛树脂时一般先加苯酚？实验三 固体含量的测定固体含量是在规范的测试条件下测得的胶粘剂中非挥发性物质的重量百分数。一、原理加热使胶粘剂中挥

9、发成分蒸发，剩余物质量与试样重量比值，以百分数表示就是固体含量。用烘干法测固含有常压烘干法和（或）减压烘干法。测试条件（温度、时间、 常压烘干还是减压烘干、减压烘干的真空度等）不同，所得数据相差悬殊，最大可达 5%。一般地说，用常压烘干法测固含温度较高、加热时间较长，否则挥发成分不能完全挥发掉。但高温、长时间加热会使胶粘剂中的树脂发生不同程度的分解反应，也会使缩聚类树脂进一步缩聚，生成低分子物质。由于挥发成分增加，使测定固含量值偏低。由上可知，测定固含应尽量避免高温或长时间加热。和常压法比较，减压烘干法具有低温、快速、准确的优点。这是因为，减压烘干可降低水分子及其它挥发物分子从胶液中逸出胶液表

10、面所需要的能量，从而加速挥发物的蒸发，烘干过程可在较低温度下，较长时间内完成，减少了树脂分解或进一步缩聚的可能性。常压法操作简单，减压法操作比较复杂。二、仪器1. 瓷皿：直径 24mm。2. 真空烘箱。3. 分析天平：感量 0.1mg。4. 干燥器。三、操作步骤在预先洗净干燥恒重的瓷皿中，用分析天平称取 11.2g 试样。瓷皿放入恒定温度的真空烘箱内，按下表规定的干燥条件干燥，然后取出放入干燥器内，冷却 20 分钟称重。要求平行测两个试样。胶粘剂种类 试样重g干燥温度干燥时间 min 真空度mmHg脲醛、三聚氰胺树脂 11.2 1005 60 1020醇溶性酚醛树脂 11.2 1005 120

11、 1020水溶性酚醛树脂 11.2 1205 120 1020四、计算固体含量按下式计算：mm 1R= 100% m2m1式中：R固体含量，%；m瓷皿与干燥后树脂的重量， g；m1瓷皿的重量，g；m2瓷皿与干燥前树脂的重量， g。注：（1）一般弹性式真空表的刻度采用负压式。如真空表读数为 740mmHg，则真空度为：760-740=20（mmHg） 。（2）醇溶性酚醛树脂与三聚氰胺树脂在 80时放入烘箱，达到 100开始抽真空，以防样品飞溅造成损失。（3）平行测定两个试样。平行结果之差不大于 1.0%（部标要求不大于 0.5%） 。五、思考踢1. 为什么说用烘干法测定的是固体含量而不是树脂含量

12、？2. 试述常压烘干法和减压烘干法的优缺点。3. 如果你测试的结果不准确，请分析一下原因。实验四 粘度的测定胶粘剂熔体或浓溶液的物态属粘流态，这时大分子链处于紊乱状态，链段之间互相缠结，故流动时产生内摩擦而呈现粘性。粘性的定量表征是粘度，它是克服内摩擦的一种量度。粘度影响胶粘剂的流动性和润湿性。一、粘度及粘度的单位F dv F/A = ； =A dr dv/dr式中 F 为作用于液层面积 A 之上的推力，F/A 称为剪切应力，所产生的流动速度为v，其液层递降速度 dv/dr 称为剪切速率。粘度是剪切应力与剪切速率之间的比例系数；当剪切应力一定时，粘度越大的液体，其剪切速率越小。按国际单位制（S

13、I）规定，粘度单位为帕（斯卡）秒（Pas） 。F根据 =dvA drNs1Pas = 1 m2牛顿秒（即 1 帕斯卡秒 = 1 米 2粘度单位的定义为：1 帕斯卡秒是指在流体内每米距离有 1 米/秒速度差的速度时，在垂直于该速度梯度的面上，沿速度方向每 1 平方米面积产生 1 牛顿力的应力时的粘度。在工程单位制中，粘度单位为泊（P） ，厘泊（cp、1/100P） ，是可以与国际单位制单位并用的单位。dyns 达因秒1P = 1 （1 泊 = 1）cm2 厘米 2换算 1 1N =100000dyn 1cp = Pas = 1mPas 1P =0.1PaS 1000测粘度的仪器很多，常用的有改良

14、奥式粘度计，气泡粘度计，涂-4 粘度计，恩格拉粘度，旋转式粘度计等。改良奥式粘度计结构比较简单，能对粘度进行精密准确的测定，应用广泛，是我国木材胶粘剂国家标准检验方法。气泡粘度计结构非常简单，测定方便迅速，但测定结果不准确、不精密，只能得到一个大致的粘度。气泡粘度计广泛用于生产车间控制反应程度。本实验要求学生用上述两种方法测定液状胶粘计的粘度，其它测定方法由学生选作或由教师做演示实验。二、用改良奥式粘度计测定液体胶粘计的粘度试样经过毛细管而流动，测定一定体积的试样经过毛细管所需时间以求粘度。改良奥式粘度计毛细管部分有一定斜度，使下球 D（测定球）与扩张部分 H（试样球）的液面中心在同一垂直线上

15、，故可以改变压力差，减少倾斜误差。（一） 仪器1. 恒温水浴2. 温度计 050水银温度计，精度 0.1。3. 秒表：精确度 0.2 秒。4. 改良奥式粘度计：其结构如图一。粘度计毛细管直径，根据试样粘度大小选定。常用的有 1.2，1.5，2.0，2.5（mm）等。粘度计必须标定其常数。（二） 操作步骤测定时粘度计的选用，应根据试样流出时间而定。试样的流动时间须在 50300 秒范围内。粘度计应仔细洗涤干净，并烘干。先把水浴的温度调节到 200.1（夏季用冰水调温） 。将粘度计倒置，使 A 管上口浸没在试样中（见图二） ，用吸气球抽气，使试样升至标线 E 时停止抽气，立即将粘度计倒转回正常位置

16、。然后把盛有试样的粘度计夹在恒温水浴的夹子上，粘度计上半部分应保持垂直状态，水面浸没粘度计的上球 B，保温 15 分钟后进行测定。 （图一请见下页）用橡胶管接到粘度计 A 管上口，然后用吸气球抽气，使试样液面升到标线 C 以上，当试样液面流至标线 C 时，按动秒表，液面流至标线 E 时，按动秒表，记录时间。重复测定三次，平行测定结果之差不大于 0.2 秒，求出平均值。（三） 计算粘度按下式计算= tk式中：粘度，mPas ；t时间，s ；k粘度计常数，mm 2/s2 ；密度，g/cm 2（20）注：粘度计常数用已知粘度的标准油样来测定。不同直径的粘度计应选用粘度的标准油样。K 按下式计算：V

17、标K = t式中：v标准油样运动粘度，单位厘斯（CSt） ，1CSt=1mm 2/s ；t时间，s 。三、用气泡粘度计测定粘度在玻璃管内注入试样和一定量的空气，由气泡的上升速度求粘度。气泡粘度计的构造如图 3，由硬质玻璃制成。图三说明 单位 mm 内 径A 与 B 之距离B 与 C 之距离C 与 D 之距离10.000.05约 5811001图三 气泡粘度计操作步骤将试样倒入气泡粘度计 C 处，塞上胶塞或木塞至 B 处。放入 25的恒温水浴杯内，保温 15 分钟。然后取出粘度计，在倒转 180时立即按动秒表，当气泡上端上升 D 处时，按动秒表，所得秒数为试样粘度的秒数。重复测定三次，求出平均值

18、。注：本试验在 20恒温水槽中测定四、用涂4 粘度计测定粘度是短管粘度计的一种。使试样通过短的细管而流出，测定一定体积的试样的流出时间而求粘度。图4 粘度计的上部为圆柱形，下部为圆锥形，锥形底部有可以更换的漏嘴，杯上部的凹槽作多余试样溢出用。杯装置在可以调节水平的架上。基本尺寸：容量 1001ml，漏嘴用不锈钢制成，孔高 40.02mm，孔内径 40.02mm，粘度计内部角度为 8115，圆柱直径，500.2mm。操作步骤测定之前须用纱布蘸溶剂将粘度计内部仔细擦拭干净，在空气中干燥或用冷风吹干，对光观察粘度计漏嘴应清洁，然后将粘度计置于支架上。调整水平螺钉使粘度计处于水平位置。在粘度计下面放置

19、 150ml 烧杯或搪瓷杯，用手指堵住漏嘴孔，将调整至 251的试样倒满粘度计中，用玻璃棒将气泡和多余的试样刮入凹槽，然后松开手指使试样流出，同时立即按动秒表，当试样流丝中断时，立即按动秒表。试样从粘度剂流出的全部时间（s）即为试样的粘度。重复三次，求平均值。两次测定值之差不应大于平均值的 3%。五、用旋转法测粘度使圆桶、圆板或球在试样中以一定角速度，测定此时产生的粘性力矩而求粘度。液态胶粘剂大多属于非牛顿流体，粘度随剪切速率或剪切应力的变化而变化，上述测定法测得的只是胶粘剂的表观粘度，而旋转法可测定各种剪切速率下的剪切应力，因而可以测定非牛顿流体的粘度和流动曲线。用旋转法测粘度的仪器很多，本

20、实验使用的 DNJ1 型旋转式粘度计是一种单一圆筒旋转粘度计。操作步骤1. 准备被测液体，置于直径不小于 70mm 的烧杯或直筒形容器中，准确的控制被测液体温度。2. 将保护架装在仪器上（逆时针方向旋入装上，顺时针方向旋出卸下） 。3. 将选配好的转子旋入螺杆（装卸方向与 2 相反） 。调整仪器水平。转动变速旋扭，使所需转速对准速度指示点。旋转升降旋扭，使仪器缓慢下降，转子浸入被测液体中至转子液面标志和液面相平为止。放松指针控制杆，使读数固定下来，再关闭电机，使指针停在读数窗内，读取读数。4. 测定完毕，取下保护架、转子，清洗干净。5. 仪器结构、原理、使用中的注意事项等，请参阅仪器说明书。粘

21、度按下式计算： = k式中：粘度，cp ；k系数（由转子大小和转速决定） ；指针所指读数（旋转角度，约 3090 格为宜） 。六、思考题：在各种粘度测定方法中，为了准确地测定粘度，需要共同注意的问题是什么？实验五 pH 的测定pH = - lgH+，表示液体胶粘剂的酸度和碱度。胶粘剂的 pH 值关系到胶粘剂的贮存稳定性。一、原理用电位法测定溶液的 pH 值是将指示电极和参比电极插入待测溶液组成一个原电池，它们在不同的 pH 值溶液中能产生不同的电动势。根据能斯特（W.Nernst）方程式可推导出关系式： mV = -0.1984（273 + t）pH式中：pH两种 pH 值不同的溶液的 pH

22、值的差值 ；mV所产生电动势毫伏值的差数 ；t被测溶液的温度（） 。这对电极中，参比电极的电位是恒定的，指示电极的电位随被测溶液的 pH 值不同而变化，并满足能斯特公式。目前，以电位法测定 pH 值的酸度计，用的最多的是以玻璃电极作指示电极，用比较法测定的。上述关系式就是这类仪器的设计依据。本实验用的 PHS-25 型酸度计是利用复合电极对被测溶液中不同的酸度产生的直流电位，通过前置 pH 放大器输出到 A/D 转换器，以达到 pH 值数字显示目的。仪器的 pH 值测量范围：000pH，pH 值测量精度：0.1pH，零点漂移：0.03pH/3 小时，溶液温度补偿范围：060（手动） 。仪器在电极插入之前输入端必须插入 Q9 短路扦，使输入端短路以保护仪器。使用时拔去 Q9 短路插头，把复合电极插头插在仪器的电极插座上，电极下端玻璃球较薄，以免碰坏。电极插头在使用前应保持清洁干燥，切忌与污物接触，复合电极的参比电极在使用时应把上面的加液口橡皮套向下滑动使口外露，以保持液位压差。在不用时仍将橡皮套将加液口套住。二、仪器1. PHS-25 型酸度计2. 复合电极3. 烧杯：50 毫升三、试剂（1）