苯丙乳液和涂料

乳液聚合体系主要有四大组分：单体、分散介层（水）、乳化剂、引发剂，其次还有用了pH调节并改善乳液流动性的 电解层，pH调节用的中和剂等。依据反应单体与反应性质，来选用不同的乳化剂。乳化剂是决定乳液稳定性的最主要 因素，对反应速率、乳液粘度、胶粒尺寸等也有很主要的作用。乳化剂的选择除单体要求的种类外，一般以体系要求的 HLB值决定其配比和用量，而且多以非离子型与离子型乳化剂复配，常用的乳化剂如下： 用于乳液聚合的引发剂主要是 以过氧化氢为母体的衍生物，如过硫酸铵（NH4）2S2O8、过硫酸钾K2S2O8、有机过氧化氢，对某些体系，还可采用 其他热分解引发剂如芳基偶氮氨基化合物等。 经典的乳液聚合物工艺的定性理论（用以描述乳液聚合体系中各种物料所处的状态及它们之间的相互影响、相互作用和 相互转化规律）将乳液聚合过程分为四个阶段： 1/5 分散阶段：乳化剂在分散相（水）中形成胶束：加入部分单体后，在搅拌作用下，部分形成单体珠滴、部分增溶在乳化 剂形成的胶束中或溶解在水相中。乳化剂、单体化水相、单体珠滴和胶束之间建立动态平衡。 阶段Ⅰ（成核阶段）：水溶性引发剂加入到体系中后，在反应温度下引发剂在水相中开始分解出初始自由基，或扩散到 胶束中或在水相引发聚合，或扩散到单体珠滴中。无论那种情况都可引发单体聚合形成乳胶粒。在阶段Ⅰ，乳化剂有四 个去处，即形成胶束、吸附在乳胶粒表面上、吸附在单体珠滴表面上及溶解在水中。单体也有四个去向，即形成单体珠 滴、分布在乳胶粒中、分布在增溶胶束中，或溶解在水中，此时乳化剂和单体在水相、单体珠滴、乳胶粒和胶束之间建 立动态平衡，直到胶束耗尽后，标志阶段Ⅰ结束。 阶段Ⅱ（乳胶粒长大阶段）：聚合反应发生在乳胶粒中，逐渐加入的单体形成单体珠滴，单体由单体珠滴通过水相扩散 到乳胶粒中，在其中进行聚合反应，使乳胶粒长大，此时，乳化剂和导体在乳胶粒、水相和单体珠滴间建立动态平衡。 单体珠滴消失。标志阶段Ⅱ结束。 阶段Ⅲ（聚合反应完成阶段）：在该阶段，胶束和单体珠滴都不见了。绝大多数未反应的单体集中在乳胶粒内部，只有 极少数的单体溶解在水相中，单体和乳化剂在水相和乳胶粒之间建立动态平衡。水相中的引发剂分解出自由基，扩散到 乳胶粒中，在乳胶粒中引发聚合，使乳胶粒中的单体逐渐降低。使单体转化率达到最大至反应结束。 正是乳胶聚合的定性理论决定了聚合反应反应严格的操作步骤。因此操作步骤往往是聚合物乳液性能好与坏的重要因素 之一
五、注意事项：
1、试验完毕后，随即拆卸实验装置，将所有玻璃接 头、接口拆卸，以防被粘住。拆卸后用洗衣粉、自来水 将仪器洗净。 2、称量单体时应当在通风橱中进行操作，注意不要 将单体、试剂溅在皮肤上。（配料时应戴乳胶手套）若 已溅上，立即用洗衣粉、水洗净。 3、在使用粘度计、粒度仪等测试仪器前，应详细阅 读该仪器使用说明书，严格按操作规程操作。 4、实验所及产品，瓶口贴上标签（包括名称、批号 、生产日期），交指导教师保存。 3/5
六、实验仪器、设备与试剂
仪器与设备：250ml 一台、药物天平一台。 三口瓶一个、球形冷凝管一支、玻璃温度计（0~100℃）2支、加料漏斗（250ml 50ml） 各一只、电动搅拌机一台、电炉、水浴锅、温度控制仪、可调变压器 试剂：苯乙烯（工业级）、丙烯酸脂（丙烯酸丁脂、丙烯酸乙脂、甲基丙烯酸甲脂等）（工业级）过硫酸铵（ NH4）2S2O8（化学纯）、乳化剂：OP-10（壬基酸聚氧乙烯（10）醚）、SDS（十二烷基硫酸钠）、氨水（化
2015 年 4 月 19 日
2015-4-19
+ 乳胶漆是水性涂料的一种，基本成分可
以分为基料、颜料(填料)及助剂三大部分。 基料通常为以乳液聚合制成的合成树脂乳 胶，是主要成膜物质。常用的合成树脂乳 胶有聚醋酸乙烯乳液、丙烯酸乳液、苯-丙 乳液等。其中醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物乳 液的涂膜的柔韧性、耐擦洗性等方面尚有 差距，只能作为普通的外墙涂料。
【1】、实验内容：
一、实验参考配方（可在教师指导下，自己调节配方） Ⅰ水相去离子水：62 mL 乳化剂：OP-10：2.3g Ⅱ单体 苯乙烯（SA） 27 mL 丙烯酸丁脂（BA）： 31mL 2/5SDS：4g NaHCO3(2.5%)： 5.5mL 丙烯酸（AA）： 0.7mL 甲基丙烯酸甲酯（MMA）10mL Ⅲ、引发剂：过硫酸铵NPS：0.12g去离子水：8 ml Ⅳ、 pH调节 氨水（1：1）：适量 (二)、实验操作： 1、安装好仪器。检查搅拌棒与瓶口是否密封，用手转动搅拌轴，试验搅拌轴是否合适（不碰瓶 壁、不碰温度计、转动是否自如），用胶管连接好冷凝管的上下水，水浴锅中加水至三口瓶半 浸入位置。连接好电炉与可调变压器，电源。 2、按配方中Ⅰ水相部分的配比量顺序加入乳化剂OP-10（用17 mL温水溶解）、水（45 mL） 、SDS、碳酸氢钠，开启搅拌，调节转速至100转/min左右，搅拌5～10min，同时，加热至水浴 65℃，同时打开冷凝水至合适流量。 3、按配方中Ⅱ，将单体计量混匀，加至恒压滴液漏斗中，10min内滴加单体量的1/5，再搅拌 20min，同时升温至70℃。 4、将新配制的NPS/H2O溶液加恒压滴液漏斗中，10min内滴加2mL的引发剂，反应逐渐开始， 体系温度自升至78～80℃，约在40min左右，反应体系开始呈带兰光的白色乳液，同时单体回流 量逐渐变小。 5、至单体回流量很小时，在10min内滴加1/5单体，搅拌10min后，在10min内滴加1mL引发剂 ，再搅拌20min。循环4次。 6、全部单体滴加完后，滴入剩余的2mL引发剂（10min内完成），升温至85℃左右（不可高于 90℃），保温1小时。 7、保温完后，停止加热，自然降温至60～65℃后，滴加（1：1）稀氨水，适量。约在半小时内 完成，调pH至7～8，再搅拌自然降温至40℃后，出料。出料时若有凝胶，应用滤布过滤。
在500mL烧杯中将聚乙烯醇和蒸馏水加热至80-90搅拌至完全溶解,将溶解好的聚乙烯醇水溶液过 滤,加入三口烧瓶中加入乳化剂苯丙乳液搅拌均匀,再加入单体混合液总量的15%和过硫酸铵的量40%， 加热升温。当温度升至80-85时停止加热，控制在90Min内将剩余单体均匀加完，每隔10Min滴加过硫 酸铵引发剂4%-5%，加完单体后加入剩下的过硫酸铵保温2h，冷却至50，加入以配置好的10%的碳酸氢 钠溶液至溶液Ph=4.5搅拌1-2h可得到乳液。将制备好的色浆加入烧杯中，再加乳液，开动搅拌，加入 助剂，调整粘度，即可制的涂料。
六、思考题：
1、乳液聚合反应为什么单体采用滴加方 式？ 2、如何在配方设计时，调节乳液的粘度 、流动性？ 3、在配方设计时，怎样调节聚合物的玻 璃化温度？ 4、乳胶粒的粒径、粒径分布与哪些因素 有关，如何控制？
七、 预习报告：
1、查阅一篇有关苯丙乳液聚合的文献。 2、列表说明自由基四大聚合的优点、缺点、组 成体系和 实例
二、仪器：
烧杯（500mL），三口烧瓶（500mL），冷凝管，滴液漏斗，电动搅拌装置，温度计。
三、苯丙涂料的制备配方 ：
原料 苯丙乳液 水 作用 乳化剂 介质 用量
立德粉
滑石粉 丙二醇 轻质碳酸钙 六偏磷酸钠 过流酸铵 氨 分散剂 引发剂 调剂PH 增稠剂
四、工艺步骤
五、注意事项
1 苯丙乳液不能与颜填料加在一起进行高速分散或研磨，因为乳液与颜填料直接想混，乳液中的水份会被颜填料吸收而 造成破乳。还有乳液经过高速研磨会产生大量气泡，失去作用。应该先将颜填料保护胶，分散剂，原料及水预先分散， 研磨成浆料，然后在低速搅拌下，缓慢加入乳液及各种助剂混合配置成涂料。 2 配制涂料时 , 要用氨水将乳液的 pH 值调到中性或弱碱性 , 切忌带酸性时加入。因为乳液涂料中往往加有立德粉、钛 白粉、滑石粉及氧化铁系列颜料粉等 , 有些粉料耐碱而不耐酸 , 而且墙面也都是碱性。涂料若带酸性 , 会影响附着力并 导致涂膜发花变色等弊病。 3 在配制苯丙涂料时绝对不能加入游离钙含量高的轻钙、重钙以及灰钙粉等填料。否则会使乳液凝聚、涂料发涨结块 , 造成损失。 4 分散剂的加入吸附于颜、填料表面 , 通过双电层屏蔽作用使其颜料、填料的二次颗粒分散成初级颗粒 , 不在重新凝聚 , 保持乳液稳定。 5 消泡剂的加入。苯丙涂料在配置时搅拌速度快易产生泡沫 , 造成涂膜缺陷 , 如缩孔、针孔等。消泡剂的用量一般为涂 料总量的 0. 2% ～ 0. 5%( 质量分数 ), 用量太少起不到消泡效果,用量过多会造成针孔等现象 。 6 增稠剂用量过多 , 贮存时会返稠、结块 , 给施工带来流平性差、涂 膜不光滑等问题 ; 用量过少 , 贮存不稳定 , 容易分 层 , 施工时易流挂等。 增稠剂用量在 8% ( 质量分数 ) 左右时 , 涂料的状态较好 , 具有良好的施工性能。 苯丙乳液（苯乙烯-丙烯酸酯乳液）是由苯乙烯和丙烯酸酯单体经乳液共聚而得。苯丙乳液是乳液聚合中研究较多 的体系，也是当今世界有重要工业应用价值的十大非交联型乳液之一。 乳白色液体，带蓝光。固体含量40～50%，粘度80～2000mPa· s，单体残留量0.5%，PH值8～9。苯丙乳液附着力好， 胶膜透明，耐水、耐油、耐热、耐老化性能良好。 苯丙乳液用作纸品胶粘剂，也可与淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠等胶粘剂配合使用。贮存于5～30 ℃的库房内，贮 存期1年。 苯丙乳液是一类重要的中间化工产品，具有非常广泛的用途，现已用作建筑涂料、金属表面乳胶涂料、地面涂料、纸张 粘合剂、胶粘剂等，具有无毒、无味、不燃、污染少、耐候性好、耐光、耐腐蚀性优良等特点。 苯丙乳液是由苯乙烯、丙烯酸酯类、丙烯酸等单体发生共聚反应后得到的乳液。其中丙烯酸酯类多采用丙烯酸乙酯、丙