乙酸乙烯酯的乳液聚合实验报告

1、.乙酸乙烯酯的乳液聚合实验报告姓名：吉武良 院系：化院20系 学号：PB13206270摘要：白乳胶是一种常见的粘合剂,在日常生活中有着广泛的用途。本实验采用聚乙烯醇作为胶体稳定剂,乳化剂OP-10起到辅助作用,引发剂为过硫酸铵,通过乳液聚合制备白乳胶。了解乳液聚合的基本原理和乙酸乙烯酯的乳液聚合特点,并掌握乳液聚合的实验技术。关键词：乳液聚合 乙酸乙烯酯 胶束 白乳胶Abstract ：The white latex adhesive is a common material in everyday life, which has a wide range of uses. PVA is u

2、sed in this experiment as a colloidal stabilizer, emulsifier OP-10 has played a supporting role and ammonium persulfate is used as initiator, dibutyl phthalate is used as a plasticizer through the preparation of white latex emulsion. The objective is to study the basic principles of emulsion polymer

3、ization and analyze the characteristics of emulsion polymerization of ethyl acetate, and further polymerization of the experimental technique needs to master.Keywords：Emulsion polymerization Vinyl acetate Emulsifier White latex引 言1、乳液聚合乳液聚合是指借助乳化剂的作用,在机械搅拌或振荡下,单体在水中形成乳液而进行的聚合.乳液聚合反应产物为胶乳,可直接应用,也可以把胶

4、乳破坏,经洗涤、干燥等后处理工序,得粉状或针状聚合物。乳液聚合可以在较高的反应速度下,获得较高分子量的聚合物,物料的粘度低,易于传热和混合,生产容易控制,残留单体容易除去。乳液聚合的缺点是聚合过程中加入的乳化剂等影响制品性能。为得到固体聚合物,耗用经过凝聚、分离、洗涤等工艺过程。反应器的生产能力比本体聚合法低。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：从聚合开始直至胶束消失随着胶粒数目不断增加,聚合反应速率增加。第二阶段称粒子成长期：从胶束消失开始到单体液滴消失。该阶段乳胶粒数目保持恒定,聚合速率不变。第

5、三阶段称降速期：从单体液滴消失开始到聚合结束。反应完成后,最重获得聚合物粒子为球形,粒径一般为50-1000nm。2、白乳胶白乳胶是目前用途最广、用量最大的粘合剂品种之一。它是以水为分散介质进行乳液聚合而得,是一种水性环保胶。由于具有成膜性好、粘结强度高,固化速度快、耐稀酸稀碱性好、使用方便、价格便宜、不含有机溶剂等特点,被广泛应用于木材、家具、装修、印刷、纺织、皮革、造纸等行业,已成为人们熟悉的一种粘合剂。3、乳化剂乳化剂分子具有两亲性的化学结构,分子两端分别是亲水基和疏水基,能使油单体均匀、稳定地分散在水中而不分层。乳化剂溶液浓度达到一定值时,乳化剂分子开始形成胶束,该浓度称为临界胶束浓度

6、,此时溶液的许多物理性能都有突变。大多数乳液聚合反应体系中,乳化剂的浓度为2%3%,超过CMC值得13个数量级。乳化剂能够降低界面张力,使单体容易发散成小液滴,在微粒表面形成保护层,阻止微粒凝聚；大量胶束的存在还可以增溶单体。常见的乳化剂可分为阴离子型、阳离子型和非离子型。本实验的反应历程为：总反应式：实验部分1、试剂表一 主要试剂及用量试剂名称试剂简称用量物质的量作用聚乙烯醇PVA3.0g胶体稳定剂辛基酚聚氧乙烯醚OP-100.5mL辅助乳化剂乙酸乙烯酯VAC30.0mL0.400mol单体过硫酸铵APS3+1mL0.140mmol引发剂邻苯二甲酸二丁酯DBP1.3ml+3ml0.023mo

7、l增塑剂2、仪器：机械搅拌器,回流冷凝器,温度计,三口瓶,滴液漏斗。图一 乳液聚合反应装置3、实验步骤乙酸乙烯酯的乳液聚合称取4.058gPVA加入三口瓶中,加入40ml水溶胀20min,开启机械搅拌器,加热至95左右至其完全溶解,降温至65左右。向三口瓶中依次加入乳化剂0.5mlOP-10,6ml乙酸乙烯酯,2mL邻苯二甲酸二丁酯。统一配置过硫酸铵溶液,将0.320g过硫酸铵溶于50ml水中,取出3ml溶液加入三口瓶。在恒压滴液漏斗中加入31ml乙酸乙烯酯,缓慢滴加大约在50-60min内滴完,期间温度控制在6668之间。滴加完后,温度稳定回流后,再加入2ml过硫酸铵溶液,保持温度至三口瓶内

8、无回流产生；再加热升温至有回流产生,回流约1.5h-2h。冷却至室温,加入4ml邻苯二甲酸二丁酯,倒出产物。4、注意事项1、在制备乳液和滴加单体时必须控制温度在6668,过高的温度会导致破乳de-emulsification。2、如果反应时间过长,单体长时间不聚合,可以适当增加引发剂的量。3、实验的终点可以用爬竿现象来判断,也可以取少量的反应液,如果有拔丝现象出现,说明体系粘度已经足够,可以停止反应。开始时聚乙烯醇需彻底溶解。三、实验现象1、加入的聚乙烯醇为白色晶体,加热溶解的过程中,慢慢溶胀,一开始形成小颗粒的无色胶状物,溶液开始变稠；继续加热,胶状物溶解。2、开始溶液浑浊,且有黑色杂质；加

9、入乳化剂后,溶液逐渐变为乳白色乳液,随着乙酸乙烯酯的加入,液体逐渐变白,粘度变大,这表明了单体的聚合；滴加时间约为50min,回流温度67,回流约为1.5h。回流56min后,溶液变得很粘稠,回流速度逐渐减慢,最终无回流。3、升温时温度控制在68左右,持续时间约为2h,体系粘度明显增大。加入4 ml邻苯二甲酸二丁酯后,得到白色乳胶状终产物,但是没有拔丝,并且有颗粒状白色固体,烧瓶壁及底部有大块胶装白色固体。结果与讨论实验结果实验最终没有获得白色乳胶状产物,而是乳状物中混有大量比较小的颗粒状的白色固体,以及几块比较大的白色胶状固体。可见,实验没有获得理想的白乳胶,变成了白乳胶和固体胶的混合物。结

10、果分析单体加入三口瓶后,三口瓶中的溶液立即由无色透明变为白色浑浊。因为乙酸乙烯酯在水中的溶解度很小,在大量乳化剂存在的情况下,搅拌后单体在体系中形成单体液滴,乳化剂形成大量胶束,单体增溶在胶束中形成增溶胶束,体系为O/W 乳液。过硫酸盐为水相引发剂,热分解产生的硫酸根自由基和铵根离子都在水相中。引发剂分两次加入反应液,防止反应体系中自由基浓度过大使聚合物分子量减小。乙酸乙烯酯分解产生的乙酸,导致溶液pH值变化,可能破坏乳液,干扰聚合,而本实验过程中没有调节pH值,可能有一定的影响。加入单体的方式为缓慢滴加,但是在实验时我没有控制好滴加速率,导致大概在20分钟时就滴加完了单体。从结果来分析,单体

11、加入过快,导致了爆聚的发生,最后产物里的块状固体说明了这一点。最佳聚合应该是在引发剂分解产生自由基后,单体缓慢加入并均匀聚合形成乳状体系。结论乙酸乙烯酯的乳液聚合在实验室中方便可行。当反应体系的纯度较高时,乳液稳定,可以在相对较短的时间内得到质量较好的乳胶产物。反应时要注意控制温度。乳胶产物可以直接用来粘接木板、纸片等。五、思考题以过硫酸盐作为引发剂进行乳液聚合时,为什么要控制乳液的pH值？如何控制？ 答：过硫酸盐易于分解生成硫酸导致体系pH过低而破坏乳液,可加入碳酸氢钠或氨水等调节pH。22S2O8 + 2H2O = 22SO4 + 2H2SO4 + O2乙酸乙烯酯的乳液聚合与理想的乳液聚合

12、有哪些不同？答：乙酸乙烯酯在水中溶解度很高,而且容易水解,产生乙酸干扰聚合,具有一定特殊性。另外,乙酸乙烯酯的自由基比其他的自由基要活泼得多,链转移反应更加显著,因次反应中加入聚乙烯醇为胶体稳定剂。3、查阅资料,了解非离子型乳化剂的种类及其分子结构。答：非离子表面乳化剂按亲水基团分类,有聚氧乙烯型和多元醇型两类：1聚氧乙烯型：这种类型的乳化剂又称聚乙二醇型,是环氧乙烷与含有活泼氢的化合物进行加成反应的产物；2多元醇型：多元醇型非离子乳化剂是乙二醇、甘油季戊四醇、失水山梨醇和蔗糖等含有多个羟基的有机物与高级脂肪酸形成的酯。其分子中的亲水基是羟基,由于羟基亲水性弱,所以多做乳化剂使用。4、为什么本实验使用聚乙烯醇作为表面活性物质？使用离子型乳化剂是否可行？为什么？答：聚乙烯醇时非离子型乳化剂。非离子型乳化剂适用于要求在很宽的pH值条件下进行,或用在某些对电性无要求或要求中性的乳液聚合过程中。大多数非离子型乳化剂系由环氧乙烷与带有活泼氢的化合物加酚、醇、羧酸、胺及酰胺等反应而制得。这种乳化剂可以很方便地调节分子中亲水基和亲油基的比例,以满足不同的需要。本实验中由于使用了过硫酸铵,因此pH值比较低,使用离子型乳化剂可能会被破坏,从而起不到乳化的效果。所以不能