水溶性聚合物对乳液聚合体系的影响大学毕业论文

毕业设计（论文）说明书学生姓名 纪春涛学院名称 化工学院专 业 化学工程与工艺学 号 3007207128指导教师 袁才登职 称 副教授2011 年 6 月 22 日毕业设计（论文）任务书题目： 水溶性聚合物对乳液聚合体系的影响学生姓名 纪春涛学院名称 化工学院专 业 化学工程与工艺学 号 3007207128指导教师 袁才登职 称 副教授一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等）水溶性聚合在乳液聚合中应用很广泛，尤其在印刷、油墨树脂等领域，用作油墨粘接剂、分散剂等多种树脂均需要具备较高酸值的乳液聚合物，制备该类树脂最有效的方法就是采用可碱溶的水溶性聚合物。但水溶性聚合物的大量添加，会导致聚合过程稳定性、聚合物乳液的粘度等多种性能与普通的聚合及聚合物乳液完全不同。本工作拟考察多种水溶性聚合物及在不同水溶性聚合物用量的情况下乳液聚合的动力学规律，同时也会考察某些单体与水溶性聚合物配合的情况，分析在水溶性聚合物存在下，乳液聚合动力规律(成核过程)的可能变化趋势，从而加强对水溶性聚合物参与的乳液聚合的调控性。二、参考文献 1 Hale Berber, Ayfer Sarac. Synthesis and characterization of water-based poly(vinyl acetate-co-butyl acrylate) latexes containing oligomeric protective colloid J.Polym.Bull, 2011, 66(11): 881-892.2 Sarac A, Yildirim H. Effect of initiators and ethoxylation degree of non-ionic emulsifiers on vinyl acetate and butyl acrylate emulsion copolymerization in the loop reactor J. J Appl Polym Sci, 2003, 90(8): 537-543.3 Kubo M, Hayakawa N, Minami Y, Tamura M, Uno T, Itoh T et al. Preparation of mechanically cross-linked poly(vinyl alcohol) J. Polym Bull, 2004, 52(5): 201-207.4 Craig D H. The effect of molecuar weight on grafting reactions of hydroxyethyl cellulose during emulsions polymerization of vinyl monomers J. Polym. Mat Sci Eng, 1985, 52(13): 104-106.5 Ken Yuki, Masato Nakamae, Toshiaki Sato et al. Physical properties of copolymer emulsions using poly (vinyl alcoho1) as a protective colloid in comparison with those using surfactants J. Polymer International, 2000, 49(12): 1629-1635.三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。 ）广泛收集乳液聚合，尤其是带有水溶性聚合物或保护胶体乳液聚合的文献资料，掌握目前乳液聚合及带有保护胶体的乳液聚合的发展状况。了解乳液聚合的基本动力学规律，并清楚乳液聚合动力学试验的基本方法。通过对多种水溶性聚合物及其不同用量水平下的乳液聚合动力学规律及乳液稳定性或其他基本性能的观测，分析水溶性聚合物对乳液聚合的影响。在论文工作期间还要完成在文资料的翻译，最终撰写相关的学士学位毕业论文。指导教师（签字）2010 年 12 月 16 日审题小组组长（签字）2010 年 12 月 16 日天津大学本科生毕业设计（论文）开题报告课题名称 水溶性聚合物对乳液聚合体系的影响学院名称 化工学院 专业名称 化学工程与工艺学生姓名 纪春涛 指导教师 袁才登1、该课题的来源和意义油墨树脂是一种作为使油墨附着于承印物上的连接料，其种类很多，例如：改性松香、丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯酯、聚氯乙烯、聚酮、醇酸树脂、聚氨酯等等，但多为有机溶剂。现如今随着人类环境保护意识的不断提高，水溶性聚合在乳液聚合中的应用越来越广泛，其中某些领域也对所使用的树脂有了更高的要求，尤其在印刷、油墨树脂等领域。在油墨树脂领域里，用作油墨粘接剂、分散剂等多种树脂均需要具备较高酸值的乳液聚合物，制备该类树脂最有效的方法就是采用可碱溶的水溶性聚合物。但水溶性聚合物的大量添加，会导致聚合过程稳定性、聚合物乳液的粘度等多种性能与普通的聚合及聚合物乳液的完全不同，这里我们需要考察水溶性聚合物的添加对乳液聚合体系所产生的影响。本工作考察多种水溶性聚合物及在不同水溶性聚合物用量的情况下乳液聚合的动力学规律，同时也会考察某些单体与水溶性聚合物配合的情况，分析在水溶性聚合物的存在下，乳液聚合动力规律(成核过程)的可能变化趋势，从而加强对水溶性聚合物参与的乳液聚合的调控性，具有很重要的意义。二、国内外发展状况众所周知，在单体进行乳液聚合时，水溶性聚合物通常可代替小分子乳化剂制备稳定的乳液，这些水溶性聚合物被称为保护胶体，本实验所研究的即是水溶性聚合物对乳液聚合体系的影响。通过以往经验我们能够知道保护胶体稳定的乳液性能与小分子乳化剂制备的乳液性能相比，前者在乳液的流动性、乳液的稳定性、乳液的初粘性、涂膜的拉伸强度和抗龟裂性等方面都具有很大的优越性，因此它在木材、纸张粘合剂和可再分散乳胶粉制备中具有广泛的应用，也正是由于保护胶体对乳液及涂膜性能的有利影响，人们试图在各种类型单体的乳液聚合中使用保护胶体。1、保护胶体稳定聚合物乳液的机理水溶性聚合物对聚合物乳液的稳定作用称为保护作用，也称为空间稳定性。其稳定机理是：乳液稳定性是水溶性聚合物物理吸附和化学接枝吸附在乳液胶粒上的共同结果。即水溶性聚合物在引发剂的作用下产生大分子自由基或降解产生稍小的自由基，它们在水相中与单体发生自由基反应形成具有双亲性质接枝和嵌段聚合物，在乳胶粒表面吸附和长链水溶性聚合物本身在乳胶粒表面吸附共同赋予乳胶粒稳定性。2、乙烯基单体乳液聚合保护胶体研究进展在乙烯基单体乳液聚合体系中，动物胶、明胶、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、纤维素衍生物、丙烯酸盐等物质均可以作为保护胶体使用，尤其是聚乙烯醇的应用最为广泛。3、共轭烯单体乳液聚合保护胶体的研究进展苯乙烯、丁二烯这些具有共轭结构的单体在水中溶解性、极性较低，在乳液聚合过程中，如采用聚乙烯醇的极性聚合物作为保护胶体将导致体系的粘度很大、甚至产生凝胶。为了制备保护胶体稳定的乳液，采用烷醇（如丙醇、乙二醇）等作为稳定助剂降低乳液的粘度。采用混合引发集体系或单独引发剂加链转移调节剂调节粘度。采用表面张力不同的混合保护胶体或采用疏基硅烷作为主机采用部分水解的聚乙烯醇为保护胶体。苯乙烯、丁二烯这些共轭单体他们接枝到聚乙烯醇上的能力较弱，采用降低乳液聚合外向粘度的方法可提高聚合物乳液的稳定性，得到乳液的稳定性。4、 （甲基）丙烯酸酯单体保护胶体的研究进展纯（甲基）丙烯酸酯或丙烯酸酯与乙烯基单体的混合单体（其中乙烯基单体含量低于 50%）乳液聚合时，传统的聚乙烯醇不能作为保护胶体制备稳定的乳液，这主要是由于这些单体在聚乙烯醇上的接枝能力较弱。其保护胶体需采用改姓聚乙烯醇、纤维素醚及改姓纤维素醚等水溶性聚合物。5、总结乳液聚合过程中单体在保护胶体上的接枝赋予保护聚合物乳液稳定，高分子保护胶体参与乳液成膜克服了小分子乳化剂所产生的弱边界层对涂膜性能的不理影响。单体在保护胶体上的接枝有一个度的限制，适当的接枝有利于提高乳液的稳定性过度的接枝或接枝不够均可导致乳液粘度过大甚至凝胶。因此，了解乳液聚合过程中保护胶体的作用机理，及保护胶体在不同类型单体乳液聚合中的特点对于知道我们进行乳液聚合的时间具有较大的意义。三、课题的研究目标、研究内容本课题的研究目标是 水溶性聚合物对 ST/BA 乳液聚合体系的影响。研究内容是考察多种水溶性聚合物及在不同水溶性聚合物用量的情况下ST/BA 乳液聚合的动力学规律，同时也会考察某些单体与水溶性聚合物配合的情况，分析在水溶性聚合物存在下，乳液聚合动力规律(成核过程)的可能变化趋势，从而加强对水溶性聚合物参与的乳液聚合的调控性。本实验希望通过测试不同配方乳液的一些相关性能从而得出水溶性聚合物对 ST/BA 乳液聚合体系的影响。4、课题的研究方法、研究手段以丙烯酸丁酯、苯乙烯和丙烯酸异辛酯为单体，十二烷基硫酸钠为乳化剂，过硫酸钾为引发剂，其中乳化剂用量为单体量的3%（wt） ，引发剂用量为0.8%（ wt） ，通过乳液聚合的方法，考察在添加水溶性聚合物的情况下乳液聚合的动力学规律。（1）不同条件下进行乳液聚合通过改变水溶性聚合物所占含量、水溶性聚合物与 EHA 配比、KPS 含量、SDS 含量进行不同条件的乳液聚合。（2）水溶性聚合物的添加对乳液聚合动力学规律的影响通过计算不同条件下不同时刻的转化率从而绘制转化率与时间的关系曲线，考察不同条件对反应速率的影响。通过观察乳液的稳定性考察水溶性聚合物的添加对乳液聚合体系稳定性的影响。通过测定乳液粒径、粘度等特性考察水溶性聚合物的添加对乳液聚合性质的影响。五、课题的进度安排 根据实验情况，实验进度安排如下：2011.1.162011.1.31 广泛收集乳液聚合，尤其是带有水溶性聚合物或保护胶体乳液聚合的文献资料，掌握目前乳液聚合及带有保护胶体的乳液聚合的发展状况。2011.2.012011.2.28 了解乳液聚合的基本动力学规律，并清楚乳液聚合动力学试验的基本方法。2011.3.012011.5.31 通过对多种水溶性聚合物及其不同用量水平下的乳液聚合动力学规律及乳液稳定性或其他基本性能的观测，分析水溶性聚合物对乳液聚合的影响。2011.6.012011.6.25 准备答辩和论文，并在期间完成文献资料的翻译。由于只是计划时间，在计划以外可能会出现意想不到的情况，故具体时间可能会与此有所不同。5、实验方案的可行性分析和已具备的实验条目前已掌握了乳液聚合的基本方法，且设计的试验方案可行。另外，对于本次实验所需的各种用品和实验仪器装置都已初步具备，且本实验在某些领域上，对于水溶性聚合物的应用有很重要的指导意义，可以进行实验。6、参考文献1 Hale Berber, Ayfer Sarac. Synthesis and characterization of water-based poly(vinyl acetate-co-butyl acrylate) latexes containing oligomeric protective colloid J. Polym.Bull, 2011, 66(11): 881-892.2 Sarac A, Yildirim H. Effect of initiators and ethoxylation degree of non-ionic emulsifiers on vinyl acetate and butyl acrylate emulsion copolymerization in the loop reactor J. J Appl Polym Sci, 2003, 90(8): 537-543.3 Kubo M, Hayakawa N, Minami Y, Tamura M, Uno T, Itoh T et al. Preparation of mechanically cross-linked poly(vinyl alcohol) J. Polym Bull, 2004, 52(5): 201-207.4 Wu XQ, Schork FJ. Batch and semibatch mini/macroemulsion copolymerization of vinyl acetate and comonomers J. Ind Eng Res, 2000, 39(6): 2855-2865.7 Cernakova L, Chrastova V, Volfova P, Zahoranova A et al. Polystyrene/poly(butyl acrylate)dispersions having N-methylol groups. A spectroscopic study J. Macromol Symp, 2002, 179(12): 305-314.8 Craig D H. The effect of molecuar weight on grafting reactions of hydroxyethyl cellulose during emulsions polymerization of vinyl monomers J. Polym. Mat. Sci. Eng., 1985, 52(13): 104-106.9 Ken Yuki, Masato Nakamae, Toshiaki Sato et al. Physical properties of copolymer emulsions using poly (vinyl alcoho1) as a protective colloid in comparison with those using surfactants J. Polymer International, 2000, 49(12): 1629-1635.选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能指导教师（签字）2011 年 3 月 10 日选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能审题小组组长（签字）2011 年 3 月 10 日摘 要本实验以丙烯酸丁酯（BA） 、苯乙烯（ST）和丙烯酸异辛酯（EHA）为单体，以过硫酸钾（KPS）为引发剂，十二烷基硫酸钠（SDS）为乳化剂，采用一次投料的方法，改变水溶性聚合物的用量和单体配比进行乳液聚合。测试不同配方乳液的一些性能（如：粒径、粘度、转化率等） ，将所测得的数据进行分析处理并作图后，得出了水溶性聚合物对 乳液聚合体系的影响， 并研究了在各种情况下乳液聚合的动力学规律。分析了在水溶性聚合物存在的条件下，乳液聚合动力学规律（成核过程）的可能变化趋势，从而加强对水溶性聚合物参与的乳液聚合的调控性。关键词：水溶性聚合物；丙烯酸丁酯；苯乙烯；丙烯酸异辛酯；乳液聚合ABSTRACTIn this article, emulsion was prepared by using Butyl acrylate, Styrene and Ethyl hexyl acrylate as monomers, potassium persulfate as initiator, sodium dodecyl sulpha