反應(yīng)型乳化劑對(duì)苯丙微皂乳液聚合及性能的影響

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1、反應(yīng)型乳化劑對(duì)苯丙微皂乳液聚合及性能的影響盧保森，王小妹*（中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，廣東廣州510275）摘要采用不同結(jié)構(gòu)類型的反應(yīng)型乳化劑應(yīng)用于苯丙微皂乳液的聚合，主要討論了聚合方式、乳化劑的結(jié)構(gòu)類型和用量等對(duì)乳液聚合及性能的影響。借助DSC、粒徑分散儀、FT-IR、力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)、TEM等儀器技術(shù)對(duì)制得的苯丙乳液的性能進(jìn)行表征分析，發(fā)現(xiàn)通過半連續(xù)核殼聚合方式，采用合適的反應(yīng)型乳化劑復(fù)配體系，可以制備出綜合性能優(yōu)異，粒徑小于100nm的苯丙微皂乳液。關(guān)鍵詞反應(yīng)型乳化劑，兩階段聚合，苯丙微皂乳液前言苯乙烯-丙烯酸酯乳液(苯丙乳

2、液)是乳液聚合中研究較多的體系，也是當(dāng)今世界有重要工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的十大非交聯(lián)型乳液之一[1]。由于其較高的性價(jià)比，在建筑涂料、金屬表面乳膠涂料、地面涂料、防火涂料、紙張粘合劑、膠粘劑、油墨等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[2]。近年來，進(jìn)一步提高和完善苯丙乳液性能的研究日趨活躍，采用反應(yīng)型乳化劑制備微皂乳液就是其中熱點(diǎn)之一[3～6]。微皂乳液是指采用帶有反應(yīng)性基團(tuán)的單體或高分子作反應(yīng)型乳化劑部分或全部替代傳統(tǒng)乳化劑體系合成的乳液。采用反應(yīng)型乳化劑比傳統(tǒng)乳化劑有明顯的優(yōu)點(diǎn)，由于其具有聚合活性，其反應(yīng)性官能團(tuán)能參與乳液聚合反應(yīng)，除了起常規(guī)乳化劑的作用外

3、，還可以以共價(jià)鍵的方式鍵合到聚合物粒子表面，成為聚合物的一部分，避免了乳化劑從聚合物粒子上解吸或在乳膠膜中遷移，大大減少了乳膠膜表面的親水基團(tuán)，從而能提高乳液的穩(wěn)定性和改進(jìn)乳膠膜的耐水性和力學(xué)性能[7]。同時(shí)通過粒子設(shè)計(jì)，可以有效的調(diào)節(jié)乳液的最低成膜溫度(MFT)，提高乳液的成膜性能[8]。本研究事先通過粒子設(shè)計(jì)，然后采用不同的反應(yīng)型乳化劑體系，考察了反應(yīng)型乳化劑的結(jié)構(gòu)類型對(duì)苯丙微皂乳液聚合及性能的影響。1.實(shí)驗(yàn)部分1.1主要實(shí)驗(yàn)原料苯乙烯(St)，丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)，丙烯酸丁酯(BA)，甲基丙烯酸甲酯(MMA)

4、，甲基丙烯酸(MAA)，丙烯酸(AA)，工業(yè)級(jí)，以上均為東方化工廠產(chǎn)品；過硫酸銨(APS)，正戊醇(n-PTL)，醋酸鈉(NaAc)，AR級(jí)，以上均為廣州市化學(xué)試劑廠產(chǎn)品；聚甲基丙烯酸鈉(保護(hù)膠)，自制；氨水，工業(yè)級(jí)，廣州市東江化工廠。*基金項(xiàng)目：中山大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院第五屆創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：11）資助作者簡(jiǎn)介盧保森(1983年出生)，男，化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院2001級(jí)基地班。指導(dǎo)老師王小妹，中山大學(xué)化學(xué)院，副教授，Email：ceswxm@zsu.edu.cn76表.1本研究主要使用的乳化劑（其中“*”為反應(yīng)型

5、乳化劑）結(jié)構(gòu)名稱*甲基烯丙羥丙磺酸鈉HPMAS*烯丙氧基羥丙磺酸鈉HAPS*乙烯基磺酸鈉SVS（陰離子型乳化劑）*EleminolJS-2*烷基酰胺乙烯磺酸鈉DNS-86*Em-11（反應(yīng)型陰離子乳化劑）烷基酚聚氧乙烯醚OP-10（非離子乳化劑）壬基酚聚氧乙烯醚NP-40十二烷基苯磺酸鈉K-12（陰離子乳化劑）1.1苯丙乳液的制備半連續(xù)乳液共聚合：將大部分的乳化劑加入四口燒瓶中，往其中加入計(jì)量的去離子水，攪拌溶解后加入單體，高速攪拌30min，進(jìn)行預(yù)乳化得預(yù)乳液；將計(jì)量的乳化劑、保護(hù)膠、PH緩沖劑、去離子水加入另一裝有回流冷凝管

6、、攪拌器、恒溫水浴裝置、恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中攪拌溶解，在攪拌下加入預(yù)乳液充分分散，升溫至70°C左右加入引發(fā)劑APS水溶液，引發(fā)苯丙乳液聚合；繼續(xù)將溫度升至80°C左右，乳液呈現(xiàn)藍(lán)光，恒溫15～20min，待反應(yīng)體系反熱完畢后，緩慢滴加預(yù)乳液，3h左右滴加完畢；待單體滴加完畢后，在90°C左右保溫熟化1h；熟化完畢，將體系溫度降到50～60°C時(shí)進(jìn)行氨化，調(diào)節(jié)PH值7～8；過濾出料。半連續(xù)核殼乳液聚合(兩階段聚合)：將計(jì)量的乳化劑、去離子水加入四口瓶中攪拌溶解，加入配比量的部分單體制備預(yù)乳液A；在按同樣的步驟制備單體預(yù)乳液B

7、；將計(jì)量的乳化劑、保護(hù)膠、緩沖劑、去離子水加入裝有回流冷凝管、攪拌器、恒溫水浴裝置、恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中攪拌溶解，在攪拌下加入部分的預(yù)乳液A作為種子，充分?jǐn)嚢璺稚⒑?，將溫度升?0°C左右加入引發(fā)劑水溶液，引發(fā)核種子乳液聚合。繼續(xù)升溫至80°C，乳液呈現(xiàn)藍(lán)光后，緩慢滴加預(yù)乳液A，2h左右滴加完畢后，滴加預(yù)乳液B作殼，1h左右滴加完畢；待預(yù)乳液B滴加完畢后，在90°C左右保溫熟化1h；將體系降溫至50～60°C時(shí)進(jìn)行氨化，調(diào)節(jié)PH值7～8；過濾出料。1.2分析與測(cè)試固含量:參照GB1725-89進(jìn)行測(cè)試；單體轉(zhuǎn)化率：采用重量法

8、測(cè)定。乳液粘度的測(cè)定：使用NDJ-4型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量乳液試樣的粘度。乳液機(jī)械穩(wěn)定性：采用離心機(jī)測(cè)定。在離心管中加入經(jīng)過過濾的乳液，在3000r/min的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)20min，以不破乳為合格。電解質(zhì)穩(wěn)定性：取20g乳液，加入10％CaCl2溶液20g，搖勻，靜置2