丙烯酸酯乳液聚合

乳液外观
乳白细腻 ,泛蓝光
泛蓝光
呈白色
实验得出的结果是 : 离心后沉淀物高度越高则稳 定性越差 ,高度越小则稳定性越好 ; 由于乳液颗粒的 量和粒径极小的缘故所以不能定量出其确切的重量 来进行比较 ,只能做定性分析 。 由表 3 也可以得出当乳化剂用 SDBS /OP - 10 复 配时 , KPS百分用量为 0. 4%时 ,乳液最稳定 。
表 1 乳化剂和引发剂用量
Ta b le1 The am o un t o f the Em u ls ifie r a nd the in itia to r SDBS/OP - 10 1∶ 2 0. 4 0. 4 0. 4 KPS用量 / ( % ) 0. 5 0. 5 0. 5 0. 6 0. 6 0. 6
收稿日期 : 2009 - 07 - 22 作者简介 : 罗振扬 ( 1966 ～) ,男 ,研究员级高工 ,研究方向高分子材料合成及改性 。 E - mail: luozhenyang@ njfu. edu. cn
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罗振扬等 丙烯酸酯乳液聚合 2009 1Vo l1 23 , No. 8 化工时刊 本实验根据上述原理 , 以 MMA 为单体 , 加入不 同量的引发剂过硫酸钾 ( KPS) ,采用阴离子型乳化剂 (十二烷基苯磺酸钠 SDBS)和非离子型乳化剂 (壬基 酚聚氧乙烯醚 OP - 10 ) 分别按不同比例配成复合乳 化剂体系作为乳化剂来进行乳液聚合 ,进一步利用红 外光谱法表征聚合产物的特征结构 , 用 Zeta 电位仪 测定产物的电位值 , 用离心机测定产物的机械稳定 性。 合物乳液具有很大的稳定性 。而本实验中的引发剂 KPS是用蒸馏水溶解后用恒流泵均匀滴加的 ,考察了 引发剂用量对聚合的影响 。实验中乳化剂和引发剂 用量见表 1。
第 23 卷第 8 期 化工时刊 2009 年 8 月 Chem ica l Indu s try Ti m es
do i: 10. 3969 / j . issn. 1002 - 154X. 2009. 08. 011
Vo . l 23 , No. 8 Aug. 8. 2009
关键词 丙烯酸酯 乳液聚合 高分子化学 教学 实验
Em ulsion Polym er iza tion of Acryla te
Luo Zhenyang Zhao Dong
( College of Science, Nanjing Forestry University, J iangsu Nanjing 210037 )
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,但这不是最佳选择 。因为 SDS 的 HLB 值高
达 40,即 SDS的亲水性强 ,但对聚丙烯酸酯的亲和力 差 ,所以单独依靠 OP - 10 的作用 , 会导致乳液不稳 定 ,有时会发生漂油现象 。对于丙烯酸酯乳液要求乳 化剂的 HLB 值约在 11. 5 ～13. 0,因此 ,本文在对乳液 聚合过程凝聚物形成机理分析的基础上以甲基丙烯 酸甲酯 (MMA ) 为单体 , 选用了 SDB S ( HLB 9. 5 ) / OP - 10 ( HLB = 13. 9 ) 复合乳化剂体系 , 着重讨论了 该复合乳化剂体系的用量 、 配比及引发剂用量对聚合 产物稳定性的影响 ,最后对产物进行表征 。 乳液聚合较完善的定义为 : 乳液聚合是在用水或
搅拌器上搅拌约 20 ～30 m in,混和均匀 ; ( 2 )将一定量蒸馏水加入三口烧瓶中 , 加入已制 备好的乳化剂 ,搅拌 ,升温到 80 ℃, 5 m in 后加入 KPS 和种子单体 MMA ,反应 1 h; ( 3 )用恒流泵平行滴加单体 MMA 和 KPS 水溶 液 ,用 3 h滴加完后 ,保温反应 1 h,冷却 ,出料 ; ( 4 )表征 : 对所得的产物进行红外光谱分析 、 Zeta 电位及机械稳定性测试 。 图 1 产物聚甲基丙烯酸甲酯 ( PMMA )的 红外光谱图 F ig. 1 The infra re d sp e c tra o f the po lym e thyl m e tha c ryla te ( PMMA ) 由图 1 可见 ,本实验合成提纯样品的红外光谱图 在 1 730 cm 、 1 244 cm 、 1 149 cm 、 1 388 cm 处 分别出现了 —C 0、 C —0、 C —O —C、 CH3 —C 的特征 吸收峰 。此外 ,在 2 997 cm 和 2 952 cm 处两个吸 - 1 收峰代表甲基 、 亚甲基的特征吸收 , 1 450 cm 处有 一个吸收峰 ,代表酯羰基特征吸收 。说明 MMA 变成 了 PMMA ,碳碳双键变成了碳碳单键 。 2. 3 产物的 Zeta 电位值和外观
丙烯酸酯乳液是聚合物乳液中的一大主要类别 , 具有优越的成膜性 、 良好的耐水性和耐候性 , 优良的 粘结性等优点 。在以往丙烯酸酯乳液聚合的实验中 , 乳化 剂 通 常 选 用 十 二 烷 基 磺 酸 钠 ( SDS ) /OP 10
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其它液体作介质的乳液中 , 按胶束 (M icelle ) 机理或 低聚物 ( O ligmer) 机理生成彼此孤立的乳胶粒 , 并在 其中进行自由基加成聚合来生产高聚物的一种聚合 方法 。在自由基聚合反应的 4 种实施方法中 ,乳液 聚合和本体聚合 (B ulk polymerization ) 、 溶液聚合 ( So2 ) ( lution polymerization 及悬浮聚合 Suspension polymer2 ization )相比有其可贵 、 独特的优点 。虽然乳液聚合 过程存在着自身的缺点 ,但其难能可贵的优点仍决定 其具有很大的意义 。而目前 ,利用乳液聚合方法来制 备丙烯酸酯类乳液 ,已经成为研究的热点 。 乳液聚合机理 — — — 胶束成核机理的定性理论 ,是 [4] 20 世纪 40 年代由 Harkins 提出的 ,近代关于乳液聚 合的定量模型都是在此基础上发展起来的 。根据间歇 乳液聚合的动力学特征 ,可以把整个乳液聚合过程分 为 4个阶段 ,即分散阶段 、 阶段Ⅰ 、 阶段 II 、 阶段 III 。
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工艺 ・ 试验 《 Te chno lo gy & Exp e ri m e n t》 化工时刊 2009 1Vo l123 , No. 8 标 ,能够从胶体粒子的微观带电特性说明其稳定性 。 各组产物的 Zeta 电位值的具体数据见表 2。
表 2 实验产物的 Ze ta 电位值及外观
Ta b le 2 Ze ta po te n tia l da ta a nd the app e a ra nce s o f the e xp e ri m e n ta l p ro duc ts SDBS/ OP - 10 1∶ 2 1∶ 3 1∶ 4 KPS用量 / ( % ) 0. 4 - 38. 7 - 36. 0 - 35. 3 0. 5 Zeta电位值 /mV - 40. 1 - 40. 9 - 40. 6 - 41. 4 - 37. 7 - 40. 3 0. 6
SDB S /OP - 10 的量 ,加入一定量的蒸馏水 , 在电磁力
2. 2 产物的红外光谱图
聚合反应结束后 , 取一定量的乳液置于 70 ℃的 恒温干燥箱内干燥至恒重时 ,取 1 ～2 mg干燥样品研 细 ,加入 100 ～200 m g的 KB r粉末 (光谱纯 ) ,混和研 磨均匀 ,置于压片机上压成透明的薄片进行红外光谱 测试 。测试结果见图 1。
通常胶体意义的表面活性低聚物在生长 、 结合和 成核过程中不够稳定 ,除非在粒子表面有足够的带电 基团形成足够强的表面静电势 。本实验选用了阴 离子乳化剂 SDB S, Zeta电位值呈一定强度的负值 ,说 明产物乳液胶体的表面都被阴离子包覆 ,形成一定强 度的表面静电势 ,起分散稳定的作用 , 可见实验所得 的乳 液 均 比 较 稳 定 。从 上 表 中 还 可 以 看 出 随 着
1
实验部分
集热式恒温加热磁力搅拌器 ( DF - 101S) (郑州
1∶ 3 1∶ 4
1. 1 实验仪器及试剂
注 : 每组实验均取单体 (MMA ) 20 g,蒸馏水 60 g, 乳化剂用量 占总体系的 3% 。
长城科工贸有限公司 ) ,恒流泵 ( HL - 2S) (上海青浦 沪西仪器厂 ) ,电子天秤 ( BL - 6100 ) , (德国 Sartorius 公司 ) ,红外光谱仪 VETERX - 70 IR (德国 B ruker公 司 ) , Zeta电位仪 ( JS941 - 1 ) (北京中仪远大科技有 限公司 ) ,台式离心机 (上海安亭科学仪器厂 ) , 甲基 丙烯酸甲酯 (MMA ) , 十二烷基苯磺酸钠 ( SDB S) , 壬 基酚聚氧乙烯醚 (OP - 10 ) ,过硫酸钾 ( KPS) ,试剂均 为化学纯 。 1. 2 实验步骤 ( 1 )乳化剂的制备 : 按实验设计的比例准确量取
Abstract The monomer is methyl m ethacrylate (MMA ) , and the emulsifier is a compound emulsifier system ( SDB S /OP - 10 ) . M eanwhile, influences of initiators, emulsifier levers and ratio of amount of em ulsifier on the poly2 merization stability are discussed. An experim ent w ith infrared spectrom etry is designed to get the Zeta potential data of the experi m ental p roducts and the m echanical stability . This experim entation is comp rehensive, easy to operate and suitable for teaching . Keywords acrylate emulsion polymerization polymer chem istry teaching experim ent
表 3 机械稳定性测试比较
Ta b le 3 Com p a riso n o f m e cha n ica l s ta b ility
序号
(No. ) 1 2 3
SDBS / OP - 10 1∶ 2 1∶ 3 1∶ 4
沉淀物高度比较
(各产物以加入 KPS百分用量来代表 ) 0. 6% > 0. 5% > 0. 4% 0. 5% > 0. 6% > 0. 4% 0. 5% > 0. 6% > 0. 4%
Zeta 电位是表征胶体分散体系稳定性的重要指
- 1 - 1 - 1 - 1 - 1 - 1
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结果与讨论
2. 1 乳化剂与引发剂的用量 ( 1 ) 种子乳液制备中 , 希望得到的种子越多越
好 ,粒径越小越好 。在本实验的乳液聚合中 , 采用阴 离子型 ( SDB S)和非离子型乳化剂 ( OP - 10 ) 复合使 用 。这是考虑到阴离子型乳化剂主要靠静电斥力稳 定乳液 ,而非离子型乳化剂主要靠水化作用 , 若两种 乳化剂复配比例适宜 ,既在乳胶粒间有很大的静电斥 力 ,又能形成很厚的水化层 ,双重作用的结果 ,可使聚
丙烯酸酯乳液聚合
罗振扬 赵 栋
(南京林业大学理学院 ,江苏 南京 210037 )
摘 要 以甲基丙烯酸甲酯 (MMA )为单体 ,选用了复合乳化剂体系 (十二烷基苯磺酸钠 SDBS和壬基酚聚氧乙烯醚
OP - 10)并讨论了该复合乳化剂体系的用量 、 配比及引发剂用量对聚合产物稳定性的影响 , 设计了一个测定乳液的 Zeta电位和机械稳定性 、 以及应用红外光谱法对产物进行表征的实验 ,综合性强 ,适合教学 。