非离子反应型乳化剂和乳液聚合

北京印刷学院

毕业设计（论文）开题报告

课题名称：反应性非离子乳化剂的制备与乳液聚合

专业班级：:2012级印刷工程（1）班

学生姓名：翟维贤

学号：110210132

合作人：

指导教师：李仲晓李仲晓

填写日期： 2015年12月14日

开题报告填写要求

1、开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生本人在毕业设计（论文）工作前两周内完成，经指导教师签署意见及所属专业教研室审查通过后实施。

2、开题报告的内容必须用黑墨水笔工整填写或用计算机打印，不得随意涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴。

3、“二级学院”、“专业班级”等名称，应写中文全称，不能用数字代码。学生的“学号”应写完整。

4、学生写文献综述的参考文献应不少于5～10篇（不包括辞典、手册）。

5、有关年月日等日期的填写，应按照GB/T7408-94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书，如“2007年11月16日”或“2007-11-16”。

6、开题报告要求统一用A4纸打印。

一、结合本毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述（说明本课题研究的主要内容、目的、意义及现状等）

本课题研究的主要内容是合成一种双官能团的非离子反应型乳化剂并用于乳液聚合，得到具有表面交联结构的聚合物纳米微胶粒。研究该反应性乳化剂的使用对乳液聚合的影响，包括用量对乳液稳定性、粒径大小及分布的影响；通过透射电子显微镜对乳液的粒径大小和分布进行表征。

苯丙乳液是乳液聚合中研究较多的体系，由于苯丙乳液性价比高，具有无毒、不燃和污染小等特点，已在建筑涂料、乳胶涂料、防火涂料、胶粘剂、油墨等领域得到广泛的应用。近年来，在进一步提高和完善苯丙乳液性能的研究上研究者们做了大量的工作。采用反应型乳化剂制备乳液更是热点之一。本次主要研究在苯丙乳液聚合中加入一种反应型乳化剂，并探究其用量对乳液性能的影响。

普通乳化剂是靠物理吸附而附着在乳胶粒表面，在许多情况下会发生解吸，从而导致许多缺陷。例如在高剪切力作用下，易产生凝胶；乳胶液的冻融稳定性差；在乳胶液中添加颜料等组分时，乳化剂与颜料分散剂在乳胶粒和水的两个界面产生竞争吸附，影响流变性和稳定性；在通过凝胶法制备固体产品时，乳化剂会残留在水相，造成环境污染；成膜时乳化剂会发生迁移；残留的乳化剂还会造成成膜速率慢，降低膜的耐水性等。解决这些问题的有效方法是使用反应型乳化剂。反应型乳化剂是指能够参加聚合反应的一类乳化剂，在乳液聚合中它们是通过共价键的方式键合在乳胶粒表面，这种较强的键合使乳化剂分子在乳胶液存放和使用中不会发生解析，所以在乳胶粒上不会有游离的乳化剂残留，不再对环境造成污染，而且有助于从胶粒中分离出洁净的聚合物；在乳胶成膜时，避免了乳化剂的迁移，使膜的力学性能、光泽度、黏结性等都有很大的提高，从而能够解决许多传统乳化剂的不足。

反应性乳化剂对乳液聚合的影响：

为了研究反应型乳化剂对乳液聚合的影响情况，考察比较了有反应性乳化剂存在下的乳液的粒径、粒径分布及存放稳定性，并与不含反应性乳化剂的乳液进行对比，结果如表1所示。可以看出，当反应型乳化剂的用量达到3%或以上时，聚合过程顺利且存放稳定；当反应型乳化剂的用量较低时（≤2%），聚合过程虽然比较稳定，但存放稳定性差，表明反应型乳化剂的使用对于乳液的稳定有利。

表1 反应性乳化剂的用量对乳液聚合的影响

编号反应性乳化剂的

乳液的特能

用量（占单体的

质量比）

乳液1 0% 聚合过程稳定，无沉淀；存放1周，有明显

沉淀。

乳液2 1% 聚合过程稳定，无沉淀；存放1周，有少量

沉淀。

乳液3 2% 聚合过程稳定，无沉淀；存放1周，有少量

沉淀。

乳液4 3% 聚合过程稳定，无沉淀；存放2周，无沉淀。

乳液5 5% 聚合过程稳定，无沉淀；存放2周，无沉淀。

乳液聚合是单体借助乳化剂和机械搅拌，使单体分散在水中形成乳液，再加入引发剂引发单体聚合。在用乳液聚合方法生产合成橡胶时，除加入单体、水、乳化剂和引发剂四种主要成分外，还经常加入缓冲剂（用于保持体系PH不变）、活化剂（形成氧化还原循环系统）、调节剂（调节分子量、抑制凝胶形成）和防老剂（防止生胶及硫化胶老化）等助剂。工业化品种有乳聚丁苯橡胶，聚丙烯酸酯乳液等。

乳液聚合的优点：

（1）聚合反应速度快，分子量高；

（2）聚合热易扩散，聚合反应温度易控制；

（3）聚合体系即使在反应后期粘度也很低，因而也适于制备高粘性的聚合物；

（4）用水作介质，生产安全及减少环境污染；

（5）可直接以乳液形式使用。

（6）生产方式灵活，利于新产品开发

可同时实现高聚合速率和高分子量。在自由基本体聚合过程中，提高聚合速率的因素往往会导致产物分子量下降。此外，乳液体系的粘度低，易于传热和混合，生产容易控制，所得胶乳可直接使用，残余单体容易除去。缺点是聚合物含有乳化剂等杂质影响制品性能；为得到固体聚合物，还要经过凝聚、分离、洗涤等工序；反应器的生产能力也比本体聚合时低。

乳液聚合的应用：

乳液聚合最早由德国开发。第二次世界大战期间，美国用此技术生产丁苯橡胶，以后又相继生产了丁腈橡胶和氯丁橡胶、聚丙烯酸酯乳漆、聚醋酸乙烯酯胶乳（俗称白胶）和

聚氯乙烯等。与悬浮聚合不同，乳液体系比较稳定，工业上有间歇式、半间歇式和连续式生产，用管道输送或贮存时不搅拌也不会分层。生产中还可用“种子聚合”（即含活性链的胶乳）、补加单体或调节剂的方法控制聚合速度、分子量和胶粒的粒径。也可直接生产高浓度的胶乳。

参考文献：

[1] 黄增芳，马军现.含可聚合乳化剂的苯丙乳液合成及其在复膜胶中的应用[J]. 中国胶粘剂，2011，20（8）：25-28.9.

[2] 刘国杰.水分散性涂料[M].北京:化学工业出版社，2004.

[3] GUYOTA,TAUER K.Reactive surtactants in emulsion polymeriza-tion[J]. Adv Polym Sci,1999, (111): 45-61.

[4] UNZUE M, SCHOONBROOD HAS. Reactive surtactants in he-terophase polymerization. VI. synthesis and screening of polymeriz-able surfactantswith varying reactivityin high solids styrene-butylacrylate-acrylic acid emulsion polymerization[J]. JApplPolySci,1997, (66): 1 803-1 820.

[5]张茂根;翁志学;黄志明表面活性单体存在下的MMA/BA乳液共聚合乳液的稳定性[J]-高等学校化学学报2000(01).

二、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（包括实施步骤、方法等）

实验步骤

1 试剂与方法

苯乙烯（St）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、十二烷基硫酸钠(SDS)、偶氮二异丁腈(ABVN)、聚乙二醇600、甲基丙烯酸乙基异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、去离子水，自制。首先，在室温下采用氧化还原引发体系并以逐滴滴加的方式进行乳液聚合，然后在65 o C的高温下进一步聚合。最终将得到的乳液通过TEM透射电子显微镜对乳液的微观形貌和平均粒径尺寸进行表征，从而探究反应型乳化剂对乳液性能的影响。

2 反应型乳化剂的合成

在配有磁力搅拌器和回流冷凝器的250ml的烧瓶中，加入25g的聚乙二醇600，13g 的甲基丙烯酸乙基异氰酸酯，搅拌得到均一的溶液。然后加入2滴二月桂酸二丁基锡，在室温下搅拌反应8h，然后将温度设定到45o C继续磁搅4小时后停止反应，得38g的产物。

3 聚合物乳液的制备