苯乙烯_丙烯酸酯_醋酸乙烯酯三元共聚乳液的合成

苯乙烯-丙烯酸酯-醋酸乙烯酯

三元共聚乳液的合成

杨捷　黄建炎　黎群

(安徽大学化学化工学院,合肥230039)

摘要　通过控制加料方式将醋酸乙烯酯引入苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液中,降低了苯-丙乳液的成本,同时乳液

的性能不发生变化。着重讨论了醋酸乙烯酯、丙烯酸、乳化剂的用量对乳液的影响关键词　建筑涂料　乳胶漆

目前国内市场广泛使用的建筑涂料乳胶

漆,概述起来可分为三类:一类是醋丙(即醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚乳液),二类是苯丙(用的较多的苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液),三是纯丙(全部由丙烯酸酯共聚乳液),其中纯丙乳液的效果最好,但价格最高,其次是苯丙乳液,再次是醋丙乳液。由于目前国内市场丙烯酸酯价格昂贵,为降低成本而又不影响其成膜性能,将醋酸乙烯引入苯丙乳液中,可使其性能基本保持不变。在耐湿洗性方面纯丙乳液>苯丙乳液>醋丙乳液[1]。通过控制加料方式使醋酸乙烯参加共聚,达到预期目的。由于醋酸乙烯与苯乙烯竟聚率的差距,使得醋酸乙烯酯-苯乙烯-丙烯酸酯不能或很难发生共聚。本文通过控制加料方式合成了醋2苯2丙乳液,并考察了乳化剂、单体醋酸乙烯酯的用量、丙烯酸用量以及反应时间和反应温度对乳液性能的影响。

1　实验部分

1.1实验仪器

500ml 四口烧瓶、球型冷凝管、温度计、滴

液漏斗、红外灯加热器,增力搅拌机、加料系统。1.2原料

名称苯乙烯丙烯酸丁酯醋酸乙烯酯

其它单体引发剂乳化剂水规格

聚合级聚合级

聚合级

聚合级试剂工业品去离子

1.3操作步骤

采用种子聚合反应,先合成苯2丙种子乳

液,第二阶段再采用以醋酸乙烯酯作为壳单体连续滴入种子乳液中,从而使醋2苯2丙单体分步聚合,形成核壳结构,来实现引入醋酸乙烯酯

的目的,操作温度控制在70℃～90℃范围内,整个反应需6～8小时完成。

2　结果与讨论

2.1醋酸乙烯酯用量的确定

引入醋酸乙烯酯的目的是降低苯丙乳液的成本,在乳液性能不变的情况下,尽量地增大醋酸乙烯酯的用量。从实验中可以看出增加醋酸乙烯酯的量小于10%,成本下降较少,意义不大。当VAC (醋酸乙烯酯)量逐渐增大时,粘度(涂4杯)呈下降趋势。当VAC 量加入40%时,其乳液成膜后耐水性明显下降。所以较合适的VAC 单体投入量为30%。VAC 投入量与粘度关系如图1。

图1　VAC 量与乳液粘度的关系

2.2丙烯酸用量与乳液性能的关系

在苯丙乳液中引入了功能单体丙烯酸,是为了得到常温下能交联的乳液,随着丙烯酸量的不断增加,能提供的具有交联作用的羧基逐渐增大,在成膜干燥过程中与多价金属离子的交联作用增强,形成网状结构,乳液的粘接强度等性能有所提高。但丙烯酸量增加太大,会使

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粘度增加太快,不利于操作施工。

随着丙烯酸量的增加,乳液的粘度增大,丙

烯酸量较少时交联的羧基量不足,太大时,操作和耐水性都不好,综合考虑,丙烯酸用量为4%-6%为宜,因此我们选择了5%丙烯酸单体的含量。AA

的加入量与乳液的粘度关系如图2。

图2　AA 的加入量与乳液粘度的关系

乳液在使用前,一般以氨水中和至微碱性,

乳液粒子表面羧基处于离子化状态,在成膜过程中,随着氨的挥发和金属盐交联剂发生分子间金属离子的络合、交联,本文以醋酸锌为交联剂,其反应原理表示如下:

羧基与金属离子的键合,最初形成离子性质的络合物。由于动力学因素,引起了离子络合物重排,形成了热力学上更稳定的配位络合物。由于乳胶在成膜过程中随着水分挥发,乳胶离子由彼此的分离状态变成了密堆集态,以致成膜。乳胶粒子表面层富集的羧基之间可通过上述反应螯合交联,使得分子量成倍增大,且

活性基团被封闭,涂层的强度、耐污性、耐水性、耐候性和耐溶剂性能都将有显著提高[2]。2.3乳化剂与乳液的关系

乳化剂是决定乳液稳定性的重要因素,同时也影响涂层的性能。乳化剂用量大,可增加聚合反应的乳胶粒子数,减小乳胶粒子的粒径,增加乳液的稳定性,但用量过大会产生泡沫影响聚合反应的正常进行。同时由于乳化剂均为水溶性物质,在涂层遇水溶液后有可能发生乳化剂渗出的现象,使涂层的完整性受到影响。反之,乳化剂用量过小,会使乳液稳定性降低。因此应选择用量少、乳化性能好的乳化剂[3]。我们共选择了十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠,壬基酚聚氧乙烯醚磺酸钠,NP —8,OP —10五种乳化剂进行乳液聚合实验,以十二烷基硫酸钠与OP —10混合乳化剂效果较好,其混合比为2∶1。

3　结论

成本核算:

原料名称单价(元/吨)

乙2苯2丙重量%元/吨消耗苯-丙重量%元/吨消耗苯乙烯

8000141120211680丙烯酸丁酯1200013156019

2280

醋酸乙烯酯7000

13910其它60

50060

500合计

4090

4460

3.1实验证明,以控制加料方式可以使醋酸乙

烯酯与苯乙烯丙烯酸丁酯发生共聚,从上表可见由于引入醋酸乙烯酯可使苯丙乳液的成本每吨下降了370元。该乳液贮存一年以上较稳定。

3.2醋酸乙烯酯引入量以30%为最佳,丙烯酸加入量以5%为宜。乳化剂采用混合乳化剂(阴离子型与非离子型乳化剂之比为2∶1。)3.3本实验先合成了种子乳液,后合成醋-苯-丙乳液,该乳液具有核壳结构,为核壳乳液合

成及实施提供了一种切实可行的方法。

参考文献

[1]耿耀宗.新型建筑涂料的生产与施工.河北科学技术出版社,1996,150～155

[2]陆荣.常温交联型苯丙乳液的探讨.涂料工业,

1986,NO6

[3]刘铁虎等.新型水性防腐涂料的开发与研究.涂料工业,1999,VOl29.NO5.31□

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2总第108期2000年第6期 安　徽　化　工