高光泽苯丙乳液的制备

高光泽苯丙乳液的制备

聚合物溶液有很多优点。水是最便宜的手段。它不会燃烧也不会爆炸。施工条件好，不会污染环境，对人类没有伤害。所以,近二十多年来,世界各国竞相致力于聚合物乳液的研究、开发、生产与应用,其市场潜力很大,开发应用前景十分广阔。苯丙乳液因为具有优良的成膜性、耐油性、耐候性、保色性和粘结性,被广泛地应用于水性上光油、内外墙涂料、地板上光剂和纸张涂布胶粘剂等领域。目前苯丙乳液制备一般以乳液聚合法较常见,苯丙乳液的研究热点一是聚合工艺,二是如何提高苯丙乳液的光泽和粘度。纯苯丙乳液的光泽和粘度通常比较低,本文通过考察制备过程中单体的种类和摩尔配比、乳化剂的用量及阴离子非离子的质量配比、引发剂的用量以及滴加时间和聚合温度等,得到影响苯丙乳液光泽和粘度的规律,制备出高光泽高粘度的苯丙乳液。1实验1.1分析纯的测定丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)和苯乙烯(St)均为分析纯;十二烷基硫酸钠、OP-10、碳酸氢钠、过硫酸胺是化学纯。1.2预乳化液的制备按固含量为50%(质量分数,后同)确定配方,将水和乳化剂加入三口瓶中,搅拌升温到65℃使其完全溶解,滴加混合单体,制备预乳化液;四口瓶升温到80℃,加入碳酸氢钠和部分过硫酸铵水溶液,在氮气保护下,滴加部分混合单体预乳化液,待聚合溶液呈现蓝光时,再滴加余下的混合单体,1~2h滴加完并随时补加引发剂,升温到90℃保持2h,使单体反应完全,调pH值为8~9,降温放料,即制得苯丙乳液。1.3性能试验和结构性能光泽:Micro-TRL-gloss型光泽仪;粘度:涂-4杯测量;红外:BrukerVector22傅立叶变换红外光谱仪测量。2结果与讨论2.1引发剂用量的影响由表1可知引发剂用量过低,苯丙乳液的光泽度就低;引发剂用量增大,光泽度有明显的提高;当引发剂用量过高时光泽又会有所下降;当引发剂用量达到0.7%时,乳液产生爆聚。主要的原因是引发剂用量过低,则单体的转化率低,产生光泽的成膜物质少,故光泽低;引发剂用量增大,转化率增大,但使乳液聚合过程的稳定性降低。这主要是因为过量的引发剂起到了电解质的作用,引发剂的浓度过大,容易使体系产生凝胶。粘度随引发剂用量增加一直增大,因此选择适当的引发剂用量对产品的光泽度和粘度会有很好的提升。从表1可以看出最佳的引发剂用量为0.3%。2.2或21由表2可以看出,当阴离子乳化剂∶非离子乳化剂=1∶2(质量比,后同)时,随着乳化剂用量的增加苯丙乳液光泽值波动较大,但光泽度明显低于阴离子乳化剂∶非离子乳化剂=1∶1或2∶1;当阴离子乳化剂∶非离子乳化剂=1∶1时乳液的光泽值变化基本平稳,但当在阴离子乳化剂∶非离子乳化剂=2∶1时,乳液的光泽值最高,由此可见增加阴离子乳化剂的用量在一定程度上可以提高苯丙乳液的光泽度。由表2可以看出当乳化剂用量在2.4%时乳液的光泽度相对较好,此时单独调整阴离子乳化剂与非离子乳化剂之间的配比,可以看出当阴离子乳化剂的量大于非离子乳化剂的量的时候乳液的光泽度有所提升,因此从表2中可以得出当乳化剂含量是2.4%,阴离子乳化剂∶非离子乳化剂=2∶1苯丙乳液的光泽度和粘度达到最佳值。2.3甲基对甲基丙烯酸甲酯配比的影响苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯均是硬单体,在聚合物乳液里提供硬度和光泽度,但苯乙烯成本低,甲基丙烯酸甲酯成本高,故调节两者的配比后既能提高光泽度又能降低成本就显得非常重要。由表3可见,当苯乙烯∶甲基丙烯酸甲酯=0.1时样品的光泽度最好。由此可以得出结论:甲基丙烯酸甲酯对光泽度的影响要比苯乙烯高。考虑到成本的原因,选择苯乙烯∶甲基丙烯酸甲酯=11∶1。2.4丙烯酰胺用量的影响由表4可见,当丙烯酸用量增加时,聚合物乳液的光泽度有显著提升,但当丙烯酸用量增加过多时,乳液粘度虽然增大,氮聚合物乳液的光泽度下降,因此,从实验结果可以得知,当丙烯酸含量在单体的2.0%时,乳液的光泽度和粘度可以达到满意的结果。2.5滴加时间的影响从表5可以看出滴加时间改变对苯丙乳液的光泽度有较大的影响,对粘度影响不大,因此在制备苯丙乳液时选择适合的滴加时间显得尤为重要。从表中光泽度值可以看出最佳的滴加时间为45min。2.6聚合反应温度由表6可见苯丙乳液的光泽度与温度有着密切的关系,在75℃时,聚合物乳液非常稀,反应过程中蓝光也比较弱;在80℃时,乳液的光泽度最好;在84~86℃时,乳液的光泽又有所下降,因此,丙烯酸酯乳液聚合的最佳温度是80℃。主要原因是当反应温度升高时,乳胶粒布朗运动加剧,使乳胶粒之间进行碰撞而发生聚合的速率增大,乳胶粒粒径小,光泽度好;但当反应温度过高时,乳胶粒布朗运动过于激烈,乳液稳定性降低,导致光泽度下降。2.7缩裂振动吸收由图1可见3440cm-1为羧基中—OH吸收峰;3061cm-1、3028cm-1、3028cm-1、为C—H伸缩振动吸收峰;2958cm-1﹑2872cm-1为—CH3反对称和对称伸缩振动吸收峰;2928cm-1为—CH2的反对称伸缩振动吸收峰;1731cm-1为酯基中CO伸缩振动吸收峰;1602cm-1、1494cm-1、1452cm-1为苯环骨架振动吸收峰;761cm-1、700cm-1为苯环单取代吸收峰。3阴离子乳化剂的制备通过对影响苯丙乳液光泽和粘度的诸多因素的研究,得出了制备高光泽高粘度苯丙乳液的最佳条件:引发剂用量0.3%,乳化剂用量为2.4%,阴离子乳化剂:非离子乳化剂=2:1;苯乙烯与丙烯酸丁酯含量分别占单体量的46.8%,甲基丙烯酸甲酯占