乙酸乙烯酯的乳液聚合

实验3 乙酸乙烯酯的乳液聚合

聚乙酸乙烯酯是由乙酸乙烯酯在光或过氧化物等引发剂的作用下聚合而成的。其聚合反应可以按本体、溶液或乳液聚合等方式进行，采用何种方式，决定于产物的用途。作为涂料或黏合剂使用时，一般采用乳液聚合方法。聚乙酸乙烯酯乳胶漆具有水性涂料的黏度小、分子量大、不含有机溶剂等优点，但漆膜耐水性能稍差，所以一般不单独作为成膜物使用，而是与其他乙烯基单体进行共聚合；作为黏合剂时（俗称白乳胶），广泛应用于木材加工、书籍装订、纸袋、硬纸板加工、饮料杯、包封、折叠盒、多层复合装运袋、标签、箔制品、薄膜与纸张转移印花、香烟滤纸、绝缘材料、衬垫材料、汽车内装饰、皮革加工和瓷砖黏贴等。

本实验采用乳液聚合制备聚乙酸乙烯酯。

一、实验目的

1．掌握乙酸乙烯酯的乳液聚合的实验技术。

2．掌握测定固含量并依此计算转化率的方法。

二、实验原理

乳液聚合是指将不溶或微溶于水的单体在强烈的机械搅拌和乳化剂的作用下在水中分散成乳液状并在水溶性引发剂引发下进行的聚合反应。

乳液聚合与悬浮聚合都是将油溶性单体分散在水中进行的聚合反应，也具有散热容易、聚合反应温度易于控制的优点；不同之处是乳液聚合采用水溶性引发剂，而聚合反应是在增溶胶束内形成单体／聚合物乳胶粒，每个乳胶粒中只有一个自由基，因此聚合反应速率仅取决于乳胶粒的数目和乳化剂的浓度。由于胶束颗粒比单体液滴小得多，因此乳液聚合得到的聚合物粒子也比悬浮聚合小得多。

乳液聚合能在高聚合速率下获得较高分子量的聚合产物，且聚合反应温度通常都较低，特别是用氧化还原引发体系时，可在室温下进行；乳液聚合在聚合反应后期体系黏度通常仍较低，可用于合成黏性大的聚合物，如橡胶等。

乳化剂分子具有两亲性的化学结构，分子两端分别是亲水基和疏水基，能使油（单体）均匀稳定地分散在水中而不分层。乳化剂溶液浓度达到一定值时，乳化剂分子开始形成胶束，该浓度称为临界胶束浓度(CMC)，此时溶液的许多物理性质都有突变。在大多数乳液聚合反应体系中，乳化剂的浓度为2%～3%。超过CMC值的1～3个数量级。乳化剂能降低界面张力，使单体容易分散为小液滴，在微粒表面形成保护层，阻止微粒凝聚。常见的乳化剂分为阴离子型、阳离子型和非离子型。本实验采用的OP -10属于非离子型乳化剂。

乙酸乙烯酯乳液聚合机理与一般乳液聚合机理相似，但乙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，因而具有一定的特殊性，且乙酸乙烯酯的自由基比苯乙烯自由基更活泼，链转移反应更加显著。工业生产使用聚乙烯醇来保护胶体同时使用乳化剂，以起到更好乳化效果和稳定性。

本实验采用聚乙烯醇作为胶体稳定剂，乳化剂OP - 10起辅助作用。使用的引发剂为过硫酸盐，为了聚合反应进行得较平稳，单体和引发剂均需分批加入。

三、试剂与仪器

聚乙烯醇，乳化剂OP - 10，乙酸乙烯酯，过硫酸铵，碳酸氢钠，邻苯二甲酸二丁酯，去离子水；

250mL烧瓶，搅拌器，电炉，变压器，恒温水浴，球形冷凝管，温度计，四口烧瓶，

恒压滴液漏斗，量筒，烧杯，电子天平，

四、实验步骤

(1)如图5-3所示安装好实验装置。

(2)250mL 烧瓶中加入3g 聚乙烯醇和0.5g 乳化剂OP - 10，以及44mL 去离子水，加热升温，搅拌，在80～90℃保持0.5h 左右，使其全部溶解，冷却备用。

(3)将0.3g 过硫酸铵(APS)溶解于蒸馏水中，配成5%溶液。

(4)将已配制好的乳化剂溶液加入四口烧瓶中，温度升到50℃，量取10mL 乙酸乙烯酯及2mL APS 溶液，加入到四口烧瓶中，开动搅拌器，将单体、乳化剂、引发剂和水混合均匀，逐步升温至74℃，调整搅拌速度，使液面平稳不飞溅，明显出现回流。

(5)待回流停止后，恒温30min ，量取24mL 乙酸乙烯酯，加入到恒压滴液漏斗中，在

1. 5～2h 内缓慢滴加到四口烧瓶中，控制单体滴加速度为1滴／(4～5)s ，剩余的引发剂从另一个滴液漏斗中加入，并使剩余的引发剂滴加速度与单体滴加速度相匹配，大约5滴/5min ，整个过程中控制单体回流速度1～2滴／s 为宜，在第二阶段单体滴加开始时，逐步升温至81℃，单体滴加完毕后恒温1h 。

(6)反应至无单体回流为止，冷却至50℃；加入质量分数为5%的碳酸氢钠水溶液，调整溶液pH 值（边滴加边测定pH 值）为5～6，得到白色乳液。慢慢加入5g 邻苯二甲酸二丁酯搅拌冷却，此白色乳液可直接作为黏合剂（白乳胶）使用，也可加入水稀释并混入色料，制成各种涂料（乳胶漆）。

(7)测定固含量：观察乳液外观，取3g 乳液(精确到0.002g)置于烘至恒重的玻璃表面皿上，放于95℃烘箱中烘至恒重计算固含量(约4h)。

%100⨯=干燥前样品重

干燥后样品重固含量 (8)%100⨯--⨯=单体量

邻苯二甲酸二丁酯量聚乙烯醇量产品量固含量转化率(5 -5) (9)稳定性。在100mL 量筒中加入10mL 乳液和90mL 蒸馏水搅拌后静置一天，观察乳胶粒子的沉降情况。

五、数据记录与处理

六、思考题

1．乳化剂有哪些类型，各有什么结构特点？乳化剂浓度对乳胶粒大小及聚合物分子量有何影响？

2．PV A在反应中起什么作用？为什么与乳化剂OP - 10混合使用？

3．要保持乙酸乙烯酯乳液体系的稳定，应采取什么措施？

4．反应结束后为什么要调节pH值？

七、实验注意事项

(1)按要求严格控制滴加速度，如果开始阶段滴加过快，乳液中出现块状物，则实验失败。

(2)严格控制搅拌速度，否则将使料液乳化不完全。