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《乳液聚合生產(chǎn)工藝及設(shè)備》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第六章自由基乳液聚合生產(chǎn)工藝及設(shè)備6.1乳液聚合生產(chǎn)工藝的特點乳液聚合的定義：乳液聚合是單體和水在乳化劑的作用下配制成的乳狀液中進行的聚合，體系主要由單體、水、乳化劑及水溶性引發(fā)劑四種成分組成。6.1乳液聚合生產(chǎn)工藝的特點乳液聚合的應用：合成橡膠：丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠等粘結(jié)劑、涂料：白膠、乳膠漆等合成樹脂：聚氯乙烯及其共聚物、聚醋酸乙烯及其共聚物、聚丙烯酸酯類共聚物等各種助劑（紡織、造紙、建筑）等6.1乳液聚合生產(chǎn)工藝的特點乳液聚合生產(chǎn)的主要特點是：（1）聚合速度快，分子量高；（2）以水為介質(zhì)，成本低。反應體系粘度小，穩(wěn)定性優(yōu)良，反應熱易導出。可連續(xù)操
2、作；（3）乳液制品可以直接作為涂料和粘合劑。粉料顆粒小，適合于某些特殊使用場合；（4）由于使用乳化劑，聚合物不純。后處理復雜，成本高。6.2乳液聚合的基本原理乳化現(xiàn)象及乳化液的穩(wěn)定性如果在水相中加入超過一定數(shù)量（臨界膠束濃度）的乳化劑，經(jīng)攪拌后形成乳化液體，停止攪拌后不再分層，此種現(xiàn)象稱為乳化現(xiàn)象，此種穩(wěn)定的非均相液體即是乳狀液。6.2乳液聚合的基本原理1、乳狀液穩(wěn)定的條件（1）乳化劑使分散相和分散介質(zhì)的表面張力降低以表面活性劑作為乳化劑時，乳化劑使分散相和分散介質(zhì)的界面張力降低,使液滴和乳膠粒的自然聚集的能力大大降低,因而使體系穩(wěn)定性提高。但這樣僅使液滴和乳
3、膠粒有自聚集傾向，而不能徹底防止液滴之間的聚集。例如將魚肝油分散在濃度為2％的肥皂水中，其界面自由能比純水降低了90％以上.。6.2乳液聚合的基本原理（2）離子型乳化劑的雙電層靜電排斥作用雙電層是建立了靜電力和擴散力之間的平衡。由于乳膠粒表面帶有電荷，故彼此之間存在靜電排斥力。而且距離越近排斥力越大，使乳膠粒難以接近而不發(fā)生聚集，從而使乳狀液具有穩(wěn)定性。帶負電的乳膠粒雙電層示意圖+++++++_+++++___________乳膠粒固定層吸附層6.2乳液聚合的基本原理（3）空間位阻的保護作用乳化劑使液滴或乳膠粒周圍形成有一定厚度和強度的水合層，起空間位阻的保護
4、作用。這種空間位阻的保護作用阻礙了液滴或乳膠粒之間的聚集而使乳狀液穩(wěn)定具有空間位阻作用的水合層示意圖乳膠粒6.2乳液聚合的基本原理2、影響乳狀液穩(wěn)定的因素當乳狀液中加入一定量的電解質(zhì)后，液相中離子濃度增加，在吸附層中異性離子增多，電中和的結(jié)果是使動電位下降，雙電層被壓縮。當電解質(zhì)濃度達到足夠濃度時，乳膠粒的動電位降至臨界點以下，乳膠粒之間的吸引力由于排斥力的消失而體現(xiàn)出來，使體系出現(xiàn)破乳和凝聚現(xiàn)象。離子型乳化劑形成的乳狀液其電解質(zhì)穩(wěn)定性差。（1）電解質(zhì)的加入6.2乳液聚合的基本原理（2）機械作用（3）冰凍（4）長期存放當機械作用能量超過聚集活化能時，乳膠粒就彼
5、此產(chǎn)生凝聚。非離子型乳化劑形成的乳狀液其機械穩(wěn)定性差；由于冰晶的繼續(xù)增長而被覆蓋在下面的乳狀液一方面受到機械壓力，一方面水的析出時乳狀液體系內(nèi)電解質(zhì)濃度升高，直至最后造成破乳。6.2乳液聚合的基本原理乳液聚合機理及動力學乳液聚過程合體系的相轉(zhuǎn)變：液－液體系→液－固體系根據(jù)間隙乳液聚合的動力學特征，可以把整個乳液聚合過程分為四個階段：乳膠粒生成階段（聚合I段）分散階段（聚合前段）乳膠粒長大階段（聚合II段）聚合完成階段（聚合III段）1、乳液聚合機理乳液聚合機理分散階段（聚合前段）分散階段乳液狀態(tài)示意圖MMMMMMM~1μm增容膠束膠束單體液滴乳液聚合機理乳膠粒
6、生成階段（聚合Ⅰ段）（單體轉(zhuǎn)化率達到10～20%）乳膠粒生成階段乳液狀態(tài)示意圖MMR*M/PMM~1μm乳膠粒乳液聚合機理乳膠粒長大階段（聚合Ⅱ段）（單體轉(zhuǎn)化率達到20～60％）乳膠粒長大階段乳液狀態(tài)示意圖MR*M/PMM<1μm乳液聚合機理聚合完成階段（聚合Ⅲ段）（單體轉(zhuǎn)化率達到60～70％）聚合完成階段乳液狀態(tài)示意圖M/P↓P乳液聚合機理乳液聚合各個階段轉(zhuǎn)化率與反應速度和表面張力的關(guān)系表面張力及聚合速度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖6.2乳液聚合的基本原理2、乳液聚合反應動力學一般乳膠粒的顆粒數(shù)為1014個/ml左右； 而自由基生成速度為1013/ml*s；二個自由基分
7、別擴散到一個乳膠粒中的時間間隔為10s。按照自由基反應機理，有S-E-H(smith-Ewart-Harkins)方程：RP=kp[M][M·]=kp[M]（N/2）Xn=[kp[M]（N/2）]/(ρ/2)=kp[M]N/ρN——乳膠粒的顆粒數(shù)ρ——自由基的生成速度乳液聚合反應動力學乳膠粒的顆粒數(shù)與乳化劑的濃度及引發(fā)劑的濃度有關(guān)。對于苯乙烯和其它水溶性較小的單體的乳液聚合，其關(guān)系為：N?[E]0.6[I]0.4Rp?[E]0.6[I]0.4XN?[E]0.6[I]-0.6[E]——乳化劑濃度；[I]——引發(fā)劑濃度。乳液聚合反應動力學對具有一定水溶性的單體，如
8、VAc、MMA等，能同時在膠束和水相中
