丙烯酸树脂的合成

1、实验一溶剂型丙烯酸酯的合成实验(演示实验) 一、实验目的 了解涂料用热塑性丙烯酸酯树脂的合成方法。 二、实验原理 涂料用丙烯酸酯树脂的合成，可采用溶液聚合，乳胶聚合，本体聚合和悬浮聚合及 非水分散聚合，其中以前两种方法最常用。 溶剂型丙烯酸酯树脂可分为热塑性和热固性 两大类。热塑性丙烯酸酯树脂涂料的成 膜主要是通过溶剂的挥发，分子链相互缠绕形成的。因此，漆膜的性能主要取决于单体 的选择，分子量大小和分布及共聚物组成的均匀性。漆膜的性能如光泽，硬度，柔韧 性，附着力，耐腐蚀性，耐候性和耐磨性等都与上述因素有矢。漆用热塑性丙烯酸酯树脂 的分子量一般在30000-130000之间，共聚物组成的均一性

2、主要是通过分批逐步增量投入反 应速度快的单体来实现的。漆膜的硬度，柔韧性等机械性能又与其玻璃化转变温度 (Tg)有直接的矢系，共聚物的Tg可由FoX公式近似计算。 对于溶剂型清漆的配方设计，溶剂的选择极为重要，良溶剂使体系的粘度降低，固 含量增加，树脂及其涂料的成膜性能好，不良溶剂则相反。选择溶剂时主要取决于溶剂 的成本，对树脂的溶解能力，挥发速度，可燃性和毒性等。成膜物质可以由一种或多 种热塑性丙烯酸酯树脂组成，也可以与其他成膜物质合用来改进其性能，混溶性好而常 用的有硝酸纤维素，醋酸丁酸纤维素，乙基纤维素，氯乙烯醋酸乙烯树脂以及过氧乙 烯树脂等，它们在配方中的比例，可根据产品技术要求选择。

3、 热塑性丙烯酸酯清漆表现了丙烯酸酯树脂的特点，具有较好的色泽，耐大气，保 光，保色等性能，在金属，建筑，塑料，电子和木材等的保护和装饰上起着越来越重要的 作用。 三、实验仪器和试剂 电动搅拌机，电动热套，四口烧瓶(25Oml),球形冷凝管，温度计，涂4 杯铝片，秒表。甲基丙烯酸甲酯(MMA , C.P.),甲基丙烯酸(MAA , C.P.),丙烯酸丁 酯(BA, C.P.),苯乙烯(St, C.P.),过氧化二苯甲酰(BPO, C.P.),二甲苯(XYL , C.P.) o 四、实验配方及步骤 (1)实验配方见表所示 表溶剂型丙烯酸合成配方 试剂 名称 用量，g MMA 单体 38 St 13

4、 BA 27 MAA 2 BPO 引发剂 0.45 XYL 溶剂 80 (2)实验步骤 1. 在装有搅拌器，温度计，冷凝管，恒压滴液漏斗的500 ml四口烧瓶中，加入 XYL70 g，搅拌升温。 2. 当温度升至100-110C时，缓慢滴加溶有BPO0.4克(精确称取)的混合单体，混合单 体是由表21所示，滴加时间约需15小时。滴加过程中，温度允许由于反应放热而稍有 升高，但注意控制滴加速度勿使温度升得过快。 3滴加完毕后，温度一般在110-120C之间。在此温度内保温1小时，然后加入溶解有 BPO 0.05克的甲苯10克，继续保温30分钟后。边搅拌边冷却，温度降至40C后出料。 4测定所合成

5、的树脂溶液粘度(GB1723-79);测定酸值(GB674386)及固含 量(GB6751- 86) 五、注意事项 1. 单体的滴加速度应加以控制，不宜太快，否则易喷料 2控制反应温度，使反应平稳进行，否则会影响漆膜性能。 3为提高转化率，可适当保温时间。 六、思考题 1影响聚丙烯酸酯树脂溶液粘度的因素有哪些？ 2应用FoX公式计算所合成的共聚物的玻璃化温度? 9 实验二丙烯酸酯的乳液合成（演示实验） 一实验目的 1. 了解和掌握苯丙乳液合成的基本方法和工艺路线； 2. 理解乳液聚合中各组成成分的作用和乳液聚合的机理； 二、实验原理 在乳液聚合过程中，乳液的稳定性会发生变化。乳化剂的类、用量与

6、用法、pH 值、引发剂的类型、搅拌形状与搅拌速度、加料方式、聚合工艺等都会影响到聚合物乳液 的稳定性。功能性单体如硅烷偶联剂、丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸轻乙酯等作为交联单 体参与共聚，在一定程度上可提高乳液的稳定性，但因其具有极强的亲水性，聚合过程 中若在水相发生均聚形成水溶性大分子，会产生絮凝作用，极易破乳。因此选择合适的乳 化体系和聚合工艺对乳液聚合过程的稳定，性具有极重要的意义。 聚合物乳液承受外界因素对其破坏的能力称为聚合物乳液的稳定性。在乳液聚合过 程中局部胶体稳定性的丧失会引起乳胶粒的聚结形成宏观或微观的凝聚物，即凝胶现象。 凝胶多为大小不等、形态不一的块状聚合物，有的发软、发粘，有

7、的发硬、发脆、多 孔。在搅拌作用下凝胶分散在乳液中，可通过过滤法或沉降法除去，但有时也会形成大 量肉眼看不到的、普通方法很难分离的微观凝胶，使乳液蓝光减弱颜色发白，外观粗 糙。严重时甚至整个体系完全凝聚，造成抱轴、粘釜和挂胶现象。凝聚物的生成在乳液研 究和生产中具有极大的危害性，它不仅降低单体的有效利用率，增加聚合装置的停机时 间和处理的费用，而且还会加大各釜和各批次间产品性能的不一致性，污染环境。 目前比较权威的用于解释聚合物乳液稳定T生的理论是双电层理论和空间位阻理 论。乳胶粒子的表面性质与吸附或结合在其上的起稳定作用的物质有尖，酸性、碱性离 子末端以及吸附在乳胶粒表面上的乳化剂在一定的p

8、H值下都是以离子形式存在的，使乳 胶粒子表面带上一层电荷，从而在乳胶粒子之间就存在静电斥力，乳胶粒难于互相接近而 不发生聚结。当乳胶粒表面吸附有非离子型乳化剂或高分子保护胶体时，其稳定性则与空 间位阻有尖。 乳化剂的选择是决定乳液聚合体系稳定性的尖键因素之一。乳化剂虽不直接参与反 应，但乳化剂的种类及用量将直接影响到引发速率、链增长速率以及聚合物的分子量和 分子量分布。此外乳化剂的类型、用量和加入方式对乳胶粒的粒径和粒径分布、乳液粒 度也有着决定个生的影响。如果所选用的乳化剂不适合本乳液聚合体系，则不论怎样改变 乳化剂的浓度和调节聚合工艺参数，乳液聚合仍不能平稳进行或是所得到的乳液产品缺乏 实

9、用价值。离子型乳化剂的特点是乳化效率高，可有效地降低表面张力，胶束和乳胶粒 子尺寸小，机械稳定性好，但由于其离子特性对电解质比较敏感；非离子型乳化剂对电 解质有较好的稳定T生，但机械稳定性不好，对搅拌速度比较敏感。离子型乳化剂主要靠静 电斥力使乳液稳定，而非离子型乳化剂主要靠水化，两种乳化剂复合使用时，两类乳化 剂分子交替吸附在乳胶粒子表面上，既使乳胶粒间有很大的静电斥力，又在乳胶粒表面形 成很厚的水化层，二者双重作用的结果可使聚合物乳液稳定性大大提高。目前乳液聚合 体系多采用阴离子型与非离子型复配乳化体系，所得乳液兼有粒子尺寸小、低泡和稳定性 好的特点。 引发剂对整个聚合过程起着重要的作用，

10、不同的引发剂制得的聚合物具有不同的分子 结构及性能。乳液聚合引发剂分为两类：受热分解产生自由基的引发剂（如过硫酸鞍 APS、过硫酸钾KPS、过硫酸钠NPS、过氧化氢等无机过氧化物）;有机过氧化物和还原 剂组合可构成另一类引发剂。丙烯酸酯类共聚物乳液聚合体系中的引发剂多为水性的过硫 酸盐，常用的有APS KPS及NPS等。较适宜的引发剂量为单体总量的0.2%-0.8%，当引 发剂用量为0.20.4%时，制备的丙烯酸酯类共聚物乳液呈蓝相、乳液粒子的粒度小，并 且稳定性好。 用于聚合的丙烯酸酯类单体分为粘f生单体、内聚单体和官能单体三大类，表1.1给出 了常用丙烯酸酯类单体的玻璃化温度和物性指标。粘

11、性单体又称为软单体，4-17碳原子 的、玻璃化温度较低的（甲基）丙烯酸烷基酯是常用的粘性单体，它的主要作用是比较柔 软，有足够的冷流动性，易于润湿被粘物表面，能较快地填补粘附表面的参差不齐， 具有较好的初粘力和剥离强度。玻璃化温度太低时聚合物太软，内聚性能不理想会影响 应用性能，因此要用玻璃化温度较高的内聚单 体与粘性单体共聚来提高内聚力，以获得较好的内聚强度和较高的使用温度，同时也改善 耐水性、粘接强度和透明性。官能单体是指分子中含有竣基、疑基、环氧基、胺基或酰胺 基官能基团的单体，官能单体的存在可以改善乳液对各种基材的粘附性能，如竣基化的丙 烯酸乳液具有良好的稳定性和自增稠性，同是时官能基

12、团的存在为交联提供了可能，通过自身交联和外加交联剂可得到交联的聚合物，大大提 高内聚力，使内聚强度、耐油性、耐热性和耐老化,性提高，但交联也降低了聚合物分子链 的自由度，使剥离强度、初粘性下降，只有控制合理的交联密度才能获得性能优良的聚合 物乳液。 表2-1丙烯酸酯单体及玻璃化温度 单体类别 单体各称 Tg/C 主要特征 丙烯酸乙酯(EA) -22 臭味大 粘性单体 丙烯酸丁酯(BA) -55 粘性大 丙烯酸异辛酯(2-EHA) -70 粘性大 醋酸乙烯酯(VAC) 22 廉价，内聚力，易黄变 丙烯睛(AN) 97 内聚力，有毒 丙烯酰胺 165 内聚力 内聚单体 苯乙烯(St) 80 内聚力

13、，易黄变 甲基丙烯酸甲酯(MMA) 105 内聚力 丙烯酸甲酯 8 内聚力，有亲水，性 甲基丙烯酸 130 粘合力和父联点 丙烯酸(AA) 106 粘合力和父联点 丙烯酸疑乙酯 -60 交联点 丙烯酸疑丙酯 -60 交联点 甲基丙烯酸疑乙酯 86 交联点 功能单体 甲基丙烯酸疑丙酯 76 交联点 甲基丙烯酸缩水甘油酯 可自交联 马来酸肝 粘性和父联点 N 疑甲基丙烯酰胺 自交联 甲基丙烯酸三甲胺乙酯 13 交联点，可自乳化 此外，要获得一种结构均匀、转化率高的共聚物，还必须考虑共聚单体的竞聚率(n 和2)。因为丙烯酸酯单体在聚合时，往往会同时表现出自聚和共聚的倾向。乳液聚合 时由于单体极性的差

14、异，在水中溶解度不同，竞聚率与溶剂型(如 表所示)有所差异，采 用“饥饿”滴加法，可减少均聚物的产生，使共聚物的结构更趋于一致。一般而言共聚反 应进行的难易取决于自由基和单体的活性、空间 位阻以及单体极性的大小等，如自由基有共觇现象发生或空间位阻大时稳定，性 强，共聚活 W，有供电子基团的烯类单体更易于与有吸电子基团的烯类单体反应。 三、实验仪器及试剂 1仪器：电子天平、水浴锅、搅拌器、250ml三口烧瓶、回流冷凝管、恒压滴液漏斗、 50ml烧杯、称量纸、滴管（5支）、广泛PH试纸、25ml量筒。 2试剂：苯乙烯（St）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸（AA）、过硫酸鞍（APS）、碳 酸氢钠、十二

15、烷基硫酸钠（K12）、OP-10、氨水、去离子水。 四、基本配方及实验步骤 （1）实验配方见表所示。 表溶剂型丙烯酸合成配方 试剂 名称 用量5 g MMA 单体 38 St 30 BA 30 HEMA 2 MAA 2 KPS 引发剂 0.5 碳酸氢钠 缓冲剂 0.3 K12+OP10 乳化剂 2+1 去离子水 溶剂 120 氨水 PH调节剂 话量 （2）实验步骤 1、在250 ml烧杯中，加入计量好的碳酸氢钠、十二烷基硫酸钠和OPO，然后 加入55 g的去离子水，用玻棒搅拌溶解，然后倒入四口烧瓶，开启电动搅拌，水浴加热 至 80-82 Eo 2、取0.2 g的过硫酸鞍加入10 g的去离子水，用玻棒搅拌溶解，然后加入到四口烧瓶 中，温度下降到75E左右，待重新升温到80-82C，开始滴加种子单体。 3、将上述单体首先在一个250 ml的烧杯中混合，然后用滴管取出10g,用恒压 漏斗10 min滴加到四口烧瓶中去。滴加到5 min左右的时候，体系就会出现蓝光，表明 乳液聚合反应开始启动。滴加完毕后，保温20 mi n o注意，滴加过程， 保证四口烧瓶内的温度在78-82 E的范围。 4、剩余的90 g单体和引发剂（0.3 g过硫酸鞍加入30 g去离子溶解）水溶液在两个恒压漏 斗同时滴加，在2h内滴加完毕。要求在滴加过程尽量保证滴速均匀，同时，聚合过程保 持反应温度在