乳液聚合就是单体在乳化剂和机械搅拌的作用下,在水中分散成稳定乳液状态进行的聚合反应(图5-1)。乳液聚合的优点:水作分散介质,传热控温容易;可在低温下聚合;聚合反应速率快,分子量高;可直接用于聚合物乳胶的场合。乳化剂是一类可使互不相溶的油和水转变成难以分层的乳液的物质,属于表面活性剂。乳化剂分子通常由亲水的极性基团和亲油的非极性基团两部分组成。常规乳液聚合一般采用阴离子乳化剂。
图5-1 乳液聚合体系分散阶段示意图
乳液聚合体系:极小部分单体以分子状态分散于水中;小部分单体可进入胶束的疏水层内,使胶束体积增大形成增溶胶束;大部分单体经搅拌形成细小的液滴,周围吸附了一层乳化剂分子,形成带电保护层,乳液得以稳定;水溶性引发剂在水相中分解成初级自由基,引发水中的极微量单体形成短链自由基;形成的短链自由基被增溶胶束捕获;进入增溶胶束的自由基进一步引发其中单体聚合,形成分子量较大的聚合物乳胶粒。
乳液聚合引发剂选用的原则:根据聚合方法、聚合条件选择半衰期适当的引发剂,如水溶性的过硫酸盐,半衰期为8.3 h(70℃)。
甲基丙烯酸甲酯(MMA)自乳化聚合反应原理如下: