聚丙烯酸酯的配制与性能研究

精细化工课程设计 聚丙烯酸酯的配制与性能研究目录1、前言31.1 产品简介.31.2 发展趋势.31.3 性能表征.32、文献综述42.1 配原理剖析和配方技术.42.2 性能研究52.2.1 乳化剂用量对性能的影响52.2.2 引发剂用量对性能的影响63、实验63.1 实验目的.623.2 实验方案.73.2.1 配方设计原则.73.2.2 参考配方93.2.3 性能评价方法 .9参考文献.9 聚丙烯酸酯的配制与性能研究摘要：丙烯酸酯类共聚物乳液是丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类与其它乙烯基酯类单体进行乳液聚合的产物。以甲基丙烯酸甲酯（MMA） 、丙烯酸丁酯（BA ） 、丙烯酸（AA）为单体，以十二烷基苯磺酸钠为乳化剂，当 m（BA）：m （AA）=33:17:1，通过乳液聚合制得丙烯酸酯类乳液，再加入填料及各种助剂，经过高速搅拌、均质而出料。并且讨论乳化剂及引发剂用量对乳液聚合、乳液及涂料性能的影响。关键词：丙烯酸酯系乳液 涂料 乳液聚合 课程设计1、前言1.1 产品简介该系乳液通常指丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯，常常也用少量的丙烯酸或甲基丙烯酸等共聚的乳液，其突出的优点是具有十分优异的耐候性、保色性和保光性，具有比醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚乳液更好的耐水性、耐碱性和抗污性。对颜料的粘结能力比较大、施工性能良好。因此，该系涂料发展迅速，已成为目前品种多、用途广的一大类，可用作室内外用的无光、半光和有光乳液涂料。其乳液也可用于木门窗、木制家具，现已发展到用语金属表面。在纸张、纺织品、皮革等方面也有广泛的的应用目前，应用最多的是(甲基)丙烯酸酯类共聚物、醋酸乙烯(甲基)丙烯酸酯类共聚物和苯乙烯(甲基) 丙烯酸酯类共聚物乳液。1.2 发展趋势近几年我国乳胶涂料在建筑内外墙、顶棚装饰中的应用发展较快，以聚乙烯醇3缩甲醛为基础的内墙涂料价格便宜，兴旺了几年，但由于其耐水性差，且内含游离甲醛量超标，用量逐渐减少，趋于完全淘汰。醋酸乙烯、乙烯一醋酸乙烯乳胶涂料虽然树脂中一般不含甲醛，价格适中，但耐水性和皂化性差 。而丙烯酸酯类乳胶涂料具有十分优异的耐候性、保色性和保光性，具有比醋酸乙烯一丙烯酸酯类涂料更好的耐水性、耐碱性和抗污性。对颜料的黏结能力大，施工性能好2】 。因此，该系涂料发展迅速，用途广泛，主要可用作室内外用的无光、半光、有光乳液涂料。1.3 性能表征（1）耐光性 （2）耐酸碱性 （3）耐腐蚀性 （4）耐水性（5）耐候性（6）耐污性2.1 配方原理剖析和配方技术 乳液聚合(emulsion polymerization)是高分子合成过程中常用的一种合成方法，因为它以水作溶剂，对环境十分有利。在乳化剂的作用下并借助于机械搅拌,使单体在水中分散成乳状液,由引发剂引发而进行的聚合反应。乳 液 聚 合 机 理1 乳 化 体 系 各 组 分 在 各 相 中 的 分 布 情 况 2 成 核 期 根 据 聚 合 反 应 速 率 、 及 体 系 中 单 体 液 滴 、 乳 胶 粒 、 胶 束 数 量 的 变 化 情 况 ， 可将 乳 液 聚 合 分 为 三 个 阶 段 。 第 一 阶 段 称 乳 胶 粒 形 成 期 ， 或 成 核 期 、 加 速 期 ， 直 至 胶 束 消 失 。 第 二 阶 段 称 恒 速 期 。 第 三 阶 段 称 降 速 期 。 组 成 与 作 用1 单 体 2 水 3 引 发 体 系 引 发 体 系 主 要 是 油 溶 性 或 水 溶 性 引 发 剂 。 油 溶 性 引 发 剂 主 要 有 偶 氮 引 发 剂和 过 氧 类 引 发 剂 ， 偶 氮 类 引 发 剂 有 偶 氮 二 异 丁 腈 、 偶 氮 二 异 庚 腈 、 偶 氮 二异 戊 腈 、 偶 氮 二 环 己 基 甲 腈 、 偶 氮 二 异 丁 酸 二 甲 酯 引 发 剂 等 ， 水 溶 性 引 发剂 主 要 有 过 硫 酸 盐 、 氧 化 还 原 引 发 体 系 、 偶 氮 二 异 丁 脒 盐 酸 盐 （ V-50 引 发剂 ） 、 偶 氮 二 异 丁 咪 唑 啉 盐 酸 盐 （ VA-044 引 发 剂 ） 、 偶 氮 二 异 丁 咪 唑 啉（ VA061 引 发 剂 ） 、 偶 氮 二 氰 基 戊 酸 引 发 剂 等 。 4 乳 化 剂 乳 化 剂 是 可 使 互 不 相 容 的 油 与 水 转 变 成 难 以 分 层 的 乳 液 的 一 类 物 质 。 乳 化 剂通 常 是 一 些 亲 水 的 极 性 基 团 和 疏 水 （ 亲 油 ） 的 非 极 性 基 团 两 者 性 质 兼 有 的 表面 活 性 剂 。 4(1)种 类 (i)阴 离 子 型 :亲 水 基 团 一 般 为 -COONa, -SO4Na, -SO3Na 等 ,亲 油 基 一 般 是C11C17 的 直 链 烷 基 ,或 是 C3C6 烷 基 与 苯 基 或 萘 基 结 合 在 一 起 的 疏 水 基 ; (ii)阳 离 子 型 :通 常 是 一 些 胺 盐 和 季 铵 盐 (iii)两 性 型 :氨 基 酸 ( )非 离 子 型 :聚 乙 烯 醇 ,聚 环 氧 乙 烷 等 乳 液 聚 合(2)作 用 (i)降 低 表 面 张 力 ,便 于 单 体 分 散 成 细 小 的 液 滴 ,即 分 散 单 体 ; (ii)在 单 体 液 滴 表 面 形 成 保 护 层 ,防 止 凝 聚 ,使 乳 液 稳 定 ; (iii)增 溶 作 用 (3)主 要 参 数 (i)临 界 胶 束 浓 度 (简 称 CMC):CMC 越 小 ,越 易 形 成 胶 束 ,乳 化 能 力 越 强 . (ii)亲 水 亲 油 平 衡 值 (HLB 值 ):8-18 为 宜 (iii)三 相 平 衡 点 与 浊 点乳 胶 涂 料将 制 备 的 乳 液 配 入 颜 料 、 填 料 及 各 种 助 剂 如 分 散 剂 （ 颜 料 分 散 和 防 止 再 凝 聚 ）、 增 稠 剂 （ 调 节 涂 料 粘 度 和 涂 装 作 业 性 ） 、 消 泡 剂 （ 制 造 和 涂 装 时 消 泡 ） 、防 腐 剂 （ 防 止 贮 存 中 发 生 腐 败 ） 、 防 冻 剂 (改 进 冻 -融 稳 定 性 )、 防 霉 剂 （ 防止 涂 膜 长 霉 ） 等 经 过 高 速 搅 拌 、 均 值 而 成 乳 胶 涂 料 。配 置 流 程5配料预混合 分散混合调和和和调节粘度过滤包装清泡剂 水粗粒子成膜助剂增塑剂乳液消泡剂防雾剂增稠剂防腐剂润湿剂分散剂颜料2.2 性能研究2.2.1 乳化剂用量对性能的影响乳化剂浓度的大小，关系到形成乳化胶量的多少，不但直接影响乳胶粒的粒径而且直接影响到乳液的粒子形态的构成。随着乳化剂用量的增加，乳液透明性变好，粒径变小，体系的粘度增大；但当其用量过大时，形成的粒子过小，表面能过大，乳胶粒间的凝聚倾向增大，乳液的粘度过大，影响使用和施工。而当乳化剂用量较小时，乳化剂浓度降低，胶粒数目减少，粒度增大，最终生成大粒子，凝聚物增多，乳液外观较差。2.2.2 引发剂用量对性能的影响丙烯酸酯类乳液聚合大多数属自由基聚合反应，常用水溶性的过硫酸铵作为引发剂 。引发剂的用量少，聚合反应速度低，单体转化率低，乳液中单体的残留过大，单体味重；引发剂的用量大，则聚合不平稳，形成的自由基多，控制不当易产生大颗粒，且可能导致乳液中亲水性粒子增多而使涂膜的耐水性下降 。3、实验3.1 实验目的1.熟悉聚丙烯酸酯乳液的合成方法；2.进一步熟悉乳液聚合的原理；3. 掌握聚丙烯酸酯乳胶涂料的配制方法4.了解聚丙烯酸酯乳液涂料的性质和用途。 63.2 实验方案3.2.1 配方设计原则 1 实验部分1.1 试剂与仪器甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)、十二烷基苯磺酸钠、过硫酸铵、乙二醇等均为分析纯；滑石粉、羧甲基纤维素、六偏磷酸钾等均为工业品。PHS 一 3C 型酸度计；XNDI 一 4 型涂一 4 涂料粘度计。1.2 1乳液聚合工艺乳化剂在水中溶解后，加热升温至 6o ，加入引发剂过硫酸铵和 10的单体升温至 7O，若没有显着的放热反应，则逐步升温直至放热反应开始，待温度至 8O82 ，将余下的混合单体缓慢而均匀的加入(约 34 h 滴加完)，以单体滴加速度来控制回流和速度。单体加完后，在 30 min 内将温度升至 97 ，并恒温 30 min，然后冷却，用氨水调节 pH 为 89。2. 涂料的制备将乙二醇、羧甲基纤维素、水预混合，再加入六偏磷酸钾、滑石粉，高速搅拌约 20 min，然后在较慢速度下加入纯丙烯酸酯乳液、水及羧甲基纤维素，加速搅拌，均质即可。2 结果与讨论21 乳化剂用量的影响实验选择常用的阴离子型乳化剂进行实验，添加量为单体用量的 1 一 2。不同的乳化剂用量对乳液聚合稳定性及性能的影响见表 1。表 1 乳化剂用量对乳液聚合稳定性及性能的影响由表 1 可知，随着乳化剂用量的增加，乳液透明性变好，粒径变小，体系的粘度增大；但当其用量过大时，形成的粒子过小，表面能过大，乳胶粒间的凝聚倾向增大，乳液的粘度过大，影响使用和施工。而当乳化剂用量较小时，乳化剂浓度降低，胶粒数目减少，粒度增大，最终生成大粒子，凝聚物增多，乳液外观较差。7乳化剂用量在 15左右较好。22 引发剂用量的影响表 2 引发剂用量对乳液聚合稳定性和乳液性能的影响由表 2 可知，丙烯酸酯类乳液聚合大多数属自由基聚合反应，常用水溶性的过硫酸铵作为引发剂 。引发剂的用量少，聚合反应速度低，单体转化率低，乳液中单体的残留过大，单体味重；引发剂的用量大，则聚合不平稳，形成的自由基多，控制不当易产生大颗粒，且可能导致乳液中亲水性粒子增多而使涂膜的耐水性下降 。引发剂用量低于 015时，乳液合成的稳定性较差，凝聚物较多，转化率低，单体味重；当其用量高于 025时，转化率并没有提高，而过多引发剂的加入，不但会影响涂膜的耐水性，而且会影响涂膜的抗老化性。因此，合适的用量为单体量 02 左右。23 丙烯酸酯类乳液及其采用本涂料的性能指标表 3 实验制备的乳液性能指标表 4 丙烯酸醢聚合乳液配制的乳胶涂料性能指标由表 4 可知，本实验制备的丙烯酸酯聚合乳液配制的外墙乳胶涂料，其性能优异，以水为分散介质，不污染环境，安全无毒，属环境友好型涂料，且施工方8便，干燥时间短，可缩短施工周期，挥发性有机物含量低，是真正环保型涂料，将具有广阔的应用前景。3 结论采用连续滴加的乳液聚合工艺，当 m(BA)：m(MMA)：m(AA)=33：17：1， 以过硫酸铵为引发剂，十二烷基苯磺酸钠为乳化剂时，可制备出优异的乳液，用其配制的外墙乳胶涂料挥发性有机物含量低，综合性能良好。3.2.2 参考配方四口烧瓶、搅拌器、温度计、冷凝管、滴液漏斗、水浴锅、砂磨机、塑料杯醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、乳化剂 OP-10、去离子水、过硫酸氨、碳酸氢钠、丙二醇、钛白粉、碳酸钙、磷酸三丁酯3.2.3 性能评价方法1 乳液性能检测1.1 pH 值采用 PHS 一 3C 型酸度计测定。1.2 粘度用 XNDI 一 4 型涂一 4 涂料粘度计测定。1.3 固含量按 GBTl72579 测定。1.4 稀释稳定性将 10 mL 乳液加入到 40 mL 去离子水中，用玻璃棒轻轻搅拌均匀，密封后静置 48 h，观察是否分层或破乳。1.5 机械稳定性 将一定量的乳液装入小烧杯中，用搅拌机高速搅拌 30 rain，观察是否分层或