醋酸乙烯酯聚合工艺研究

醋酸乙烯酯聚合工艺研究

杨莹莹马南周默为

武汉大学化学与分子科学学院04级化学类

摘要

本文采用一定的比例混合使用非离子型乳化剂和离子型乳化剂的方法，分批加入引发和单体，制备稳定的聚醋酸乙烯酯乳液。并分析了各个因素对醋酸乙烯酯乳液聚合乳胶产物的性能的影响。

关键词：醋酸乙烯酯乳液聚合

一、引言

聚醋酸乙烯醋乳液是胶粘剂中仅次于酚醛树脂胶和酚醛树脂的大品种之一。其优异性能，特别是对纤维质材料和多孔性材料表面粘合性能好，使其在木材加工、书籍装订、包装、建筑、纺织、纸加工等工业部门及作为家庭用胶得到广泛应用。

二、实验部分

1.实验原理

聚醋酸乙烯酯乳液（PV Ac），又称聚醋酸乙烯乳液，俗称白胶或白乳胶。是一种白色粘稠液体。具有配置简单，使用方便，固化速度较快，初粘力好，较高的粘接强度较高等优点，为应用最广的粘合剂之一。V Ac乳液聚合的常用方法有化学法和辐射法，其中化学引发VAc 聚合最为常用，一般采用水溶性的引发剂如过硫酸盐引发单体聚合，以聚乙烯醇来保护胶体，加入乳化剂，所生成的聚合物以微细的粒子状分散在水中形成乳液。

乳化剂的选择对稳定的乳液聚合十分重要，它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，防止乳胶粒凝聚的作用。醋酸乙烯酯乳液聚合最常用的乳化剂是非离子型乳化剂聚乙烯醇。聚乙烯醇主要起保护胶体作用，防止粒子相互合并。由于其不带电荷，对环境和介质的PH值不敏感，但是形成的乳胶粒较大。而阴离子型乳化剂，如烷基磺酸钠RSO3Na（R=C12-18）或烷基苯磺酸钠RPhSO3Na（R=C7-14），由于乳胶粒外负电荷的相互排斥作用，使乳液具有较大的稳定性，形成的乳胶粒子小，乳液粘度大。我们将非离子型乳化剂聚乙烯醇/OP-10和离子型乳化剂十二烷基磺酸钠按一定的比例混合使用，以提高乳化效果和乳液的稳定性。

醋酸乙烯酯胶乳广泛应用于建材纺织涂料等领域，主要作为粘合剂使用，既要具有较好的粘接性，而且要求粘度低，固含量高，乳液稳定。聚合反应采用过硫酸盐为引发剂，按自由基聚合的反应历程进行聚合,主要的聚合反应式如下：

S 2O 82- → SO 42·

R . + CH 2=CH

RCH 2CH . + CH 2=CH OCOCH 3

OCOCH 3OCOCH 3OCOCH3

OCOCH3

2~~~~~~ CH 2CH ·

~~~~~~ CH=CH

.+~~~~~~ CH 2CH 2OCOCH3

R . + CH 2=CH RCH 2CH .

+ CH 2=CH OCOCH 3OCOCH 33OCOCH3OCOCH3

2~~~~~~ CH 2CH ·~~~~~~ CH=CH .

+

~~~~~~ CH 2CH 2OCOCH3 为使反应平稳进行，单体和引发剂均需分批加入。此外，由于醋酸乙烯酯聚合反应放热较大，反应温度上升显著，也应采用分批加入引发剂和单体的方法。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，可生成颗粒很小的乳胶粒子。第二步，继续滴加单体和引发剂，在一定的搅拌条件下使其在原来形成的乳胶粒子上继续长大。由此得到的乳胶粒子，不仅粒度较大，而且粒度分布均匀。这样保证了胶乳在高固含量的情况下，仍具有较低的粘度。

2. 仪器试剂

作用 名称 纯度 实验装置

单体

醋酸乙烯酯

聚合级

乳化剂 聚乙烯醇 工业级 乳化剂 十二烷基硫酸钠 AR 乳化剂 ＯP-10 工业级 引发剂 过硫酸铵 AR 交联剂 硅烷偶联剂 碳酸氢钠 AR

去离子水

A－四口瓶B－温度计C－搅拌机

D－搅拌器E－滴液漏斗F－回流冷凝管

G－恒温水槽

3.实验过程

①产品制备

过程记录

13:25 加入0.5g OP-10 , 0.1g SDS , 5.0g 去离子水

13:48 加入9.04g 醋酸乙烯酯溶液变为乳白色

14:27 0.18g过硫酸铵溶于10g水配好过硫酸铵溶液，加入4.01g

14:31 每5min 使水浴升温1℃

15:48 温度达到72℃，保持温度稳定在72℃

15:56 以6滴/s 的速度加入单体，每30min 加入0.7g碳酸氢钠溶液(0.1g碳酸氢钠/5g 去离子水配制而成)，0.8g 已配好的过硫酸铵溶液。

加入引发剂后溶液出现蓝色

16:26 第二次加入0.7g碳酸氢钠溶液和 0.8g 过硫酸铵溶液

16:56 第三次加入0.7g碳酸氢钠溶液和 0.8g 过硫酸铵溶液

17:08 加入硅烷偶联剂 0.9g

17:26 第四次加入0.7g碳酸氢钠溶液和 0.8g 过硫酸铵溶液

17:56 第五次加入0.7g碳酸氢钠溶液和 0.8g 过硫酸铵溶液

18:26 第六次加入0.7g碳酸氢钠溶液和 0.8g 过硫酸铵溶液，此时溶液的蓝色基本完全消失

18:33 单体滴加完毕，保温继续反应10min

18:43 加入剩余的过硫酸铵溶液 1.83g

18:48 将水浴升温至80℃

18:54 水浴温度达到80℃，恒温反应30min

19:18 关闭加热装置使体系降温

19:34 待温度降到60℃，加入剩余的碳酸氢钠溶液 0.19g

19:47 降温至50℃，恒温10min

19:57 将体系降至室温

20:29 拆卸装置，将产品转移，贴上标签保存。所得产品质量为72.12g

②产品检验

固含量的测定：

将已干燥好的三块玻璃片称重，再将少量的产品均匀涂在玻璃片上。涂完产品后放置烘箱内，调节烘箱温度为115ºC。

转化率的测定：

将已干燥好的三个烧杯称重，在烧杯中加1～2克的产品，同时滴加两滴邻二苯酚溶液(0.02g 邻二苯酚 / 0.98g水)，再将烧杯放置到烘箱中，同时调节烘箱温度为115℃。两个小时后再将烧杯和玻璃片取出称重。

粘度的测定：

以NDJ-79型旋转式粘度计测定乳液粘度，选用×100号转子。

产品的胶膜吸水率的测定：

将已干好的产品膜剪成适当的小块后将其称重再将其分别放入三个瓶子中，再用水浸泡24小时后将其称重。

三、数据处理

1.固含量的测定

玻璃板的重量（g）乳液与玻璃

板总重（g）

乳液的湿重

（g）

烘干后总重

（g）

乳液的干重

（g）

固含量平均固含

量

4.8007

5.1405 0.3398 4.9402 0.1395 41.05%

41.49% 4.8306 5.4835 0.6529 5.0998 0.2692 41.23%

4.8320

5.1725 0.3405 4.9756 0.3405 42.17%

2.单体转化率测定

烧杯的重量（g）乳液与烧

杯总重（g）

乳液的湿

重（g）

烘干后总

重（g）

乳液的干

重（g）

转化率平均转化

率