聚醋酸乙烯酯的制备

聚醋酸乙烯酯的乳液合成

1、实验原理

聚醋酸乙烯酯乳液（PV Ac），又称为聚醋酸乙烯乳液，俗称白乳胶。是一种白色粘稠液体，具有配置简单使用方便，固化速度快，初粘力好，较高的粘结强度等优点。Vac乳液聚合最常用的方法是化学法，以水为分散介质，单体在乳化剂的作用下分散，并使用水溶性的引发剂引发单体聚合的方法，所生成的聚合物以微细的粒子状分散在水中的乳液[2]。

乳化剂的选择对稳定的乳液聚合十分重要，起到降低溶液表面张力，使单体容易分散成小液滴，并在乳胶粒表面形成保护层，防止乳胶粒凝聚。常见的乳化剂分为阴离子型、阳离子型和非离子型三种，一般多使用离子型和非离子型配合使用[1]。由于醋酸乙烯酯在水中有较高的溶解度，而且容易水解，产生的乙酸会干扰聚合；同时，醋酸乙烯酯自由基十分活泼，链转移反应显著。因此，除了乳化剂，醋酸乙烯酯乳液生产中一般还加入聚乙烯醇来保护胶体。本合成实验采用非离子型乳化剂聚乙烯醇和OP-10混合使用以提高乳化效果和乳液稳定性。

本实验聚合反应采用过硫酸铵为引发剂，按自由基聚合的反应历程进行聚合，主要聚合反应[3]式如下:

为使反应平稳进行，乳液聚合通常在装备回流冷凝管的搅拌反应釜中进行（如图所示）：加入乳化剂、引发剂水溶液和单体后，一边进行搅拌，一边加热便可制得乳液。乳液聚合温度一般控制在70～90℃之间，pH值在2～6之间。由于醋酸乙烯酯聚合反应放热较大，反应温度上升显著，一次投料法要想获得高浓度的稳定乳液比较困难。

本实验分两步加料反应，第一步加入少许的单体、引发剂和乳化剂进行预聚合，可生成很小的乳胶粒子。第二部，继续滴加单体，分次加入引发剂，直到单体加完后一次把剩下的引发剂加完。这样整个过程在一定的搅拌速度下使其乳胶粒子继续长大。由此得到的乳胶粒子，不仅大，而且粒度分布均匀。

2、仪器与配方

机械搅拌器一套，电热套一个，球形冷凝管一个，250ml四口烧瓶一个，100ml滴液漏斗一个，100℃温度计一支，250ml烧杯一个，10mL、100mL量筒各一个，固定夹若干，

药品名称用量，g

聚乙烯醇溶液（自制）100

聚醋酸乙烯酯(工业级) 40

10%过硫酸氨（AR） 5

OP-10 1

DBP （AR） 5

10%NaHCO3（AR） 3

乙二醇（AR） 5

去离子水90

3、实验步骤

在有搅拌器、温度计、冷凝管的250mL的四口烧瓶中加入90mL水，PV A80.5g；开动搅拌机，升温至90℃左右维持至PV A完全溶解；然后降温至60℃以下，加入1gOP-10和1g辛醇，加完搅拌10-15min，让其充分乳化，形成胶束。

接着加入10mL醋酸乙烯酯单体和5-6mL10%过硫酸铵溶液升温至65℃左右，适时缓慢升温，进行活化，有回流现象出现，聚合反应开始，控制反应温度在70℃-80℃之间保持20min 左右。然后滴加剩余醋酸乙烯单体35mL，45min内均匀滴加完成，滴加过程中，温度控制在80℃-90℃之间，滴加单体的同时每15min加入引发剂0.5g；单体滴加完后加入剩余的全部引发剂溶液，然后在85℃-95℃之间保温半小时，降温至40℃以下，加入乙二醇5g，DBP5g，再用NaHCO3调节pH值在5-6之间。

三、结果与讨论

本实验制得的产品达到预期目标，但粘度较大转化率较低。原因在于实验时间的压缩降低了转化率。

影响最终产品质量的因素较多，主要有总结以下因素：[4]

1、乳化剂

对于不同浓度的V A c乳液聚合，聚合速率与乳化剂总量有关。由乳化剂构成的胶束是乳胶粒子的主要来源，乳化剂用量增大，胶液中的乳胶胶束和乳胶粒子增多，所生成的乳胶粒子数目增多，增容作用也就越显著，从而能更有效地从水相中吸收自由基加快聚合速率。

2、引发剂

对于不同浓度的引发剂，其引发速率是不同的。引发剂用量越大反应速率越快。这是由于增加了引发剂的用量，在水相中就会生成更多的自由基，一方面会导致自由基在水相中的扩散速度加快，，在胶束中引发聚合，单体转化率增大并生成更多的大分子链，从而加大了乳胶粒子的体积，另一方面会导致水相中成核速率增大，这两方面都会使聚合速率增大。

3、温度

温度是对本实验影响比较明显的一个因素，特别在初始反应阶段，温度高乳液粘度大，反之下降[5]。这是由于活化反应是吸热反应所以反应温度的提高，有利于活性基团的形成，接枝率提高，粘度增高。但为了能控制反应，保证聚合反应热的及时排除，产物的高分子量和低粘度，反应温度必须保持在70℃-80℃之间。

4、搅拌速度

在聚合过程中搅拌主要是是反应物混合均匀，并导出反应热，如果搅拌速率太慢反应速率将减慢，热量将无法及时排出，不利于反应得进行，搅拌速率太快，可能造成溶液飞溅，破乳。所以在本实验中保持搅拌速度在200r/min左右，反映结束阶段搅拌速度可以适当减低。

四、结论

综上所述，选择适当的乳化剂、引发剂、温度、搅拌速度等因素对制备高质量产品是十分必要的。由于本实验的时间限制制得的产品分子量较小，但粘度较大是因为初期加热过快引起的。

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