苯丙乳液的合成及性能测试:实验原理

苯丙乳液是苯乙烯、丙烯酸酯类、丙烯酸类的多元共聚物的简称,是一大类容易制备、性能优良、应用广泛且符合环保要求的聚合物乳液。

单体是形成聚合物的基础,决定着其乳液产品的物理、化学及机械性能。合成苯丙乳液的共聚单体中,苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等为硬单体,赋予乳胶膜内聚力而使其具有一定的硬度、耐磨性和结构强度;丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯等为软单体,赋予乳胶膜以一定的柔韧性和耐久性。丙烯酸为功能性单体,可提高附着力、润湿性和乳液稳定性,并赋予乳液一定的反应特性,如亲水性、交联性等。除了丙烯酸以外,功能性单体还有丙烯酰胺、 -羟甲基丙烯酰胺、丙烯腈等。

单体的组成,特别是硬单体与软单体的比例,会使苯丙乳液的许多性能发生变化。其中最重要的是乳胶膜硬度和乳液的最低成膜温度会产生显著变化。共聚单体的组成与所得共聚物的玻璃化温度 之间的关系如下式所示:

式中: 为共聚物中各单体的质量分数; 为共聚物玻璃化温度(K); 为共聚物中各单体对应均聚物的玻璃化温度。共聚物的玻璃化温度 越高,膜越硬;反之,共聚物的玻璃化温度 越低,膜越软。调节苯丙乳液共聚单体的种类及它们之间的比例,可合成具有不同玻璃化温度 的乳液。苯丙乳液作为一类重要的中间产品或原料,可用作水性防锈涂料、荧光材料、水性上光油、建筑涂料、纸张黏合剂等,用途非常广泛。

本实验用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸进行四元乳液共聚,合成苯丙乳液。聚合引发剂为过硫酸钾,采用阴离子型十二烷基硫酸钠和非离子型OP-10的混合乳化剂,碳酸氢钠为pH调节剂,聚合工艺采用单体预乳化法,并连续滴加预乳化单体和引发剂溶液。

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