乳液聚合是高分子科技的重要领域,是生产高聚物的重要方法之一。许多高分子材料,如合成树脂 、合成橡胶 、涂料 、黏合剂 、絮凝剂 、光亮剂 、医用高分子材料以及其他许多特殊用途的合成材料等都可大量地用乳液法生产[1]。每年世界上通过乳液法生产的聚合物数以千万吨计。和本体聚合 、溶液聚合 、悬浮聚合等聚合方法相比,乳液聚合具有许多优点。其聚合体系黏度低,易散热,以水作介质,生产安全环境污染问题小,成本低廉,同时,所用的设备及生产工艺简单,操作方便,灵活性大。而且,当采用乳液聚合时,在较短的反应时间里,可以得到相对分子质量较大的聚合物。这是因为,在本体及悬浮聚合体系中,当引发剂浓度一定时,要想提高反应速率,就得提高反应温度。而反应温度的提高又会加速引发剂的分解,使自由基总浓度增大。又由于链终止速率与自由基浓度平方成正比,故随自由基浓度增大,链终止速率显著增大,这样就会引起聚合物平均相对分子质量减小。反过来,要想提高聚合物平均相对分子质量,就必须降低反应温度,这样就造成反应速率降低。而乳液聚合反应机理不同于此,聚合反应是在一个个被表面活性剂包裹的微胶粒中进行,链聚合反应不容易终止,因此可得到较大相对分子质量的聚合物产品。笔者曾用乳液法聚合生产了一种乳白剂,用于改善液洗产品的外观。本实验采用乳液聚合制备丙烯酸类聚合物。该聚合物是用于地板蜡的一个基本原料[2],赋予地板蜡硬度和附着力。
目前,在国内市场上流行的各种地板蜡产品,以美国庄臣公司的产品最为优良,但其产品价格太高。用本实验方法得到的这一高聚物,其性能 、外观与巴斯夫公司的产品一样,但价格便宜。
1实验部分
1.1 原料配比
Ⅰ 乳化剂 w/%
十二烷基苯磺酸钠 1.4
壬基酚聚氧乙烯醚 0.7
Ⅱ 苯乙烯 6.4
甲基丙烯酸 4.7
丙烯酸甲酯 2.3
Ⅲ 苯乙烯 13
甲基丙烯酸 0.8
丙烯酸甲酯 15.4
Ⅳ 水 55.5
Ⅴ 引发剂 90
过硫酸铵 2
亚硫酸氢钠 0.5
1.2 仪器与设备
三口烧瓶 、恒温水浴锅 、电动搅拌器 、滴液漏斗 、旋转分离器 、玻璃板 、光度计 、油压真空泵 、NDJ791型旋转式黏度计
1.3 工艺部分
将原料配比Ⅰ完全溶于水中,放入三口瓶内,加热到
2 结果与讨论
2.1 乳液性能
2.2 讨论
热分解型的引发剂,其产生自由基离子的原理,是通过升高温度加热分解过硫酸盐中的O-O键,得到自由基离子,再催化单体的聚合。因此其效率较低,所要求的反应温度也较高。而氧化还原型的引发剂,由于还原剂的加入,使得产生自由基离子的反应活化能降低,从而提高了反应效率。
只要控制好反应步骤和反应时间,就可得到光泽度好的聚合物。
由于该聚合物是应用于地板蜡产品中,而地板蜡使用性能方面的要求是:当地板蜡破损或长时间使用后,能用洗涤剂或碱把地板蜡洗脱下来。为了能使地板蜡被碱洗脱,可考虑在聚合物分子中嵌入酸基结构。可供选择的不饱和酸单体有:丙烯酸 、α-甲基丙烯酸 、巴豆酸 、马来酸单甲酯 、单丁酯 、富马酸单丁酯等。从原料来源及价格方面考虑,本文选择用α-甲基丙稀酸。
在该聚合物中除了要有带酸键的基团外,却不能完全由这些基团聚合,还要有其他的未有酸键的基团作为骨架结构,可供选择的单体就有:苯乙烯 、乙烯 、丙烯 、异丁烯 、丙烯酸甲酯 、富马酸二丁酯等及其混合物。要选择到最佳的单体或它们的混合物是一种艺术。本文选择了除苯乙烯外以下两种单体作为混合物来聚合。其对性能影响见表3。
从表3中可看出,用丙烯酸甲酯作为单体得到的聚合物与富马酸二丁酯得到的聚合物,其性能指标不相上下,但是丙烯酸甲酯的成本价格低许多。
3 结论
(1)该方法用乳液聚合的原理,原料滴加入含有表面活性剂的水溶液中,聚合反应在乳胶粒中进行。
(2)采用上述的原料配方及催化剂,可以制得光泽度 、外观 、聚合度 、成膜性优良的聚合物乳液,应用于地板蜡产品中。
参考文献:
[1]曹同玉,刘庆普,等.聚合物乳液合成原理及应用[M].北京:化学工业出版社,1997.
[2]大英森三著,朱传启译.丙烯酸酯及其聚合物[M].北京:化学工业出版社,1985.405
