什么是乳液聚合:乳液聚合的优点缺点

乳液聚合是指将不溶或微溶于水的单体在强烈的搅拌作用下,借助乳化剂的作用,与水形成乳状液,在水溶性引发剂引发下进行的聚合反应。乳液聚合体系主要由单体、引发剂、乳化剂和分散介质组成。单体为油溶性单体,一般不溶于水或微溶于水。引发剂为水溶性引发剂,对于氧化-还原引发体系,允许引发体系中某一组分为水溶性的。分散介质为去离子水,避免水中的各种杂质干扰引发剂和乳化剂的正常作用。

乳化剂是决定乳液聚合成败的关键组分。乳化剂分子是由亲水的极性基团和疏水(亲油)的非极性基团两部分组成。衡量乳化剂的亲水性和亲油性的强弱,可以用亲水亲油平衡值(HLB)来表示。HLB值越高,其亲水性越强;HLB值越低,其亲油性越强。根据极性基团的性质,乳化剂主要分为阴离子型、阳离子型和非离子型三大类。

阴离子型乳化剂是乳液聚合中最常用的乳化剂,例如脂肪酸钠RCOONa(R = C 11 ~C 17 )、十二烷基磺酸钠C 12 25 Na、烷基磺酸钠RSO Na(R = C 12 ~C 16 )等。使用阴离子型乳化剂时,为使乳液体系稳定,不仅要选择合适的乳化剂,还必须注意保持聚合体系的pH值在碱性范围内。因此可在乳液聚合体系中加入缓冲剂,避免体系的pH值下降,常用的缓冲剂是一些弱酸强碱盐,如焦磷酸钠、碳酸氢钠等。

阳离子型乳化剂主要是一些带长链烃基的季铵盐,如十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基胺盐酸盐等,在微乳液聚合中应用较多,其用量一般为单体量的0.2%~5%。注意使用离子型乳化剂时,常加入适当的非离子型乳化剂,可使乳液体系更加稳定。

非离子型乳化剂化学稳定性好,不能离解为正离子、负离子,与其他类型乳化剂相容性好,一般不单独使用,常与离子型乳化剂合用,以改善乳液稳定性、粒径及其分布。常用的非离型乳化剂有聚乙烯醇、聚环氧乙烷等。近年来开发出一些新型乳化剂,例如聚醚壬基酚琥珀磺酸盐、乙氧基醇磺基琥珀酸二钠等含有非离子型亲水基和离子型亲水基的两性乳化剂,能够得到更小的乳胶颗粒。乙烯基磺酸钠、甲基丙烯酸聚醚等含有可聚合基团的反应型乳化剂,这类乳化剂是一种可与单体发生共聚反应的特殊乳化剂,所得到的乳液机械稳定性和对金属盐的稳定性都非常好,乳液的稳定性不受pH变化的影响,而且因乳化剂是高分子链的组成部分,还可以改善所得树脂的耐水性。

乳液聚合体系中,单体是以单体液滴和单体增溶胶束形式分散在水中的,采用水溶性引发剂,引发剂与单体处于两相,引发剂分解形成的活性中心只有扩散进入增溶胶束才能进行聚合。通过控制这种扩散,可增加乳胶粒内活性中心的寿命,故可得到高相对分子质量的聚合物,通过调节乳胶粒数量,可以调节聚合反应速率。因此,乳液聚合最大的特点是通过调节乳化剂浓度,强化乳化程度,可以同时实现提高聚合反应速率和增大聚合度的目的。

乳液聚合的优点是以水为分散介质,安全廉价、体系黏度低、聚合热易扩散、聚合温度易控制;采用水溶性的氧化-还原引发体系,在较低温度下进行聚合,聚合反应速率较高,能获得高相对分子质量的聚合产物;聚合体系即使在反应后期黏度也很低,适于制备高黏性的聚合物。

乳液聚合的缺点是聚合体系及后处理工艺复杂,如果要获得固体聚合物时,乳液需要经破乳、分离、洗涤、干燥等工序,生产成本较悬浮聚合高;产品中的乳化剂难以除净,影响聚合物的电学性能。乳液聚合除了适宜于合成高相对分子质量的合成橡胶以外,也是合成水性乳胶、水性涂料、胶黏剂等的好方法。

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