实验六：苯乙烯(St)、丙烯酸正丁酯(n-BA)复合乳液聚合

高 分 子 化 学 实 验 报 告 实验六：苯乙烯(St)、丙烯酸正丁酯(n-BA) 复合乳液聚合 一、 实验目的1. 通过苯乙烯 (St) 、丙烯酸正丁酯(n-BA)复合乳液聚合，了 解复合乳液聚合的特点，比较一般乳液聚合、种子乳液聚合 和复合乳液聚合的优缺点。2. 掌握制备核/壳结构复合聚合物乳液的方法和对聚合物进行 改性的方法和途径。二、 实验原理 合成复合聚合物乳液的方法实际上是种子乳液聚合(或称 多阶段乳液聚合)，即首先通过一般乳液聚合制备第一单体的聚 合物乳液做为种子乳液(核聚合)，然后在种子乳液存在下，加 入第二单体(或几种单体的混合物)继续聚合(壳聚合)，这样就 形成了以第一单体的聚合物为核，第二单体的聚合物为壳的核/ 壳结构的崐复合聚合物乳液乳胶型互为贯穿聚合物网络， 复合乳液聚合与种子乳液聚合的差别在于前者是采用不同种单 体， 而后者采用同种单体。 如果以苯乙烯(St) 为主单体， 同时加入少量的丙烯酸 (AA) 单体进行核聚合，而以丙烯酸正丁酯(n-BA)为单体，同时 加入少量的丙烯酸 (AA) 单体进行壳聚合，即得到以聚苯乙烯 (PS)为核、聚丙烯酸正丁酯(Pn-BA) 为壳的核/壳结构的复合聚 合物乳液。 在第一阶段聚合中合成的聚苯乙烯(PS) 乳胶粒作为种子， 再加入第二单体丙烯酸正丁酯(n-BA)、引发剂过硫酸钾(KPS) 和少量乳化剂进行第二阶段乳液聚合时，此时的聚合机理按接 枝涂层理论机理进行。即单体n-BA 富集在种子乳胶粒PS 的周 围，PS 乳胶粒成为n-BA单体聚合的主要场所，所生成的聚合物 Pn-BA 富集在PS 的周围而形成以PS 为核，Pn-BA为壳的核/壳 结构聚合物，且核壳之间存在着PS-Pn-BA 接枝共聚物，理想情 况下不生成新的乳胶粒。由于在聚合过程中形成了少量的 PS-Pn-BA 接枝共聚物使得核/壳结构的复合聚合物的性能优于 任何一种均聚物 PS 或 Pn-BA 和 PS-Pn-BA 无规共聚物的性 能。如耐水性能、耐溶剂性能、软化点、弹性和机械强度等均 有大幅度提高。特别是用于外墙涂料的基料，其最低成膜温度 (FMT)、玻璃化温度(Tg)低、附着力好、耐水性能好、光泽度高、 大大改善了夏季回粘性，从而提高了涂料的性能并延长了施工 期。由此可见，制备复合聚合物是对聚合物改性的一种方法。三、实验仪器及试剂 仪器：三口瓶，回流冷凝管，滴液漏斗，温度计，电动搅拌器， 移液管，恒温水浴，量筒，烧杯 药品：苯乙烯，碳酸氢钠，丙烯酸正丁酯，邻苯二甲酸二丁酯，丙 烯酸，壬基酚聚氧乙烯基醚，过硫酸钾，十二烷基硫酸 钠(SDS)四、实验步骤1. 单体预乳化 在装有搅拌器、回流冷凝管和温度计的 250 mL 三口磨口烧瓶 中加入去离子水 45 mL，乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS) 0.2g、壬 基酚聚氧乙烯基醚(OP-10) 1.0g。水浴加热至5060，搅拌，当 乳化剂完全溶解后加入核单体(20 mL 苯乙烯和0.8 mL 丙烯酸)， 使单体乳化3040 min。倾倒出已预乳化的核单体备用。 在上述装置中加入去离子水 15 mL，乳化剂十二烷基硫酸钠 (SDS) 0.06 g、壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10)0.2g。水浴加热至 5060，搅拌，当乳化剂完全溶解后加入壳单体(6.5mL丙烯酸正 丁酯和 0.3mL 丙烯酸)，使单体乳化 3040 min。倾倒出已预乳 化的壳单体备用。 2.种子乳液聚合(核聚合) 在上述装置中加入引发剂溶液 8 mL (称取0.4g 过硫酸钾溶于 20 mL 去离子水中，配制成2.0%的引发剂溶液，供两组使用)，将 已乳化的核单体倒入滴液漏斗中。将体系加热至80，并保持此 温度，在搅拌下以半连续状态滴加已乳化的核单体。当体系中出 现兰色荧光时开始计时，1h 后即可停止反应， 此时得到的白色 乳状液即种子乳液。 3.复合乳液聚合(壳聚合) 在上述种子乳液中补加引发剂溶液2 mL，将已预乳化的壳单体 倒入滴液漏斗中。以半连续状态滴加已乳化的壳单体，并控制反 应温度80，当壳单体滴加完后升温至90，保温，再反应 1h 聚 合完毕。加入10%的碳酸氢钠溶