聚丙烯酸酯乳液的合成简介

关于聚丙烯酸酯乳液的合成简介第1页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三概述定义以丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及苯乙烯等乙烯基类单体为主要原料合成的共聚物。丙烯酸酯在光、热及引发剂作用下非常容易聚合。按照R的不同，形成一系列聚丙烯酸酯。1第2页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三概述1性质和应用聚丙烯酸酯可透射92％的白光，一般浊度为1％一3％。透明度接近光学玻璃，具有耐候性、耐化学性、韧性等性能。聚丙烯酸酯热变形温度为165F～216F。像大多数热塑性塑料一样，聚丙烯酸酯热膨胀系数比金属大。聚丙烯酸酯导电性低，耐电弧性好，介电强度高。聚丙烯酸酯易燃，需采取类似木材的防火措施。第3页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三概述1性质和应用聚丙烯酸酯易溶于丙酮、乙酸乙酯、苯及二氯乙烷，而不溶于水。由于其高分子链的柔顺性，他们的玻璃化温度（Tg）较低，并随酯基的碳原子数及其支化情况而异，当碳原子数为8时最低。在相同碳原子的酯基中，支化者玻璃温度较高（见表）。几种聚丙烯酸酯的玻璃化温度第4页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三概述1性质和应用聚丙烯酸酯能形成光泽好而耐水的膜，粘合牢固，不易剥落，在室温下柔韧而有弹性，耐候性好，但抗拉强度不高。可做高级装饰涂料。聚丙烯酸酯有粘合性，可用作压敏性胶粘剂和热敏性胶粘剂。由于它的耐老化性能好，粘结污染小，使用方便，其产量增加较快。在纺织工业方面，聚丙烯酸酯可用于浆纱、印花和后整理，能够增加纺织品的美观性及手感；它还可用作无纺布和植绒、植毛产品的粘合剂。聚丙烯酸酯还可用于鞣制皮革，可增加皮革的光泽、防水性和弹性。第5页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三概述1性质和应用热熔双面胶仿木纹效果产品聚丙烯酸酯产品第6页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三概述1性质和应用防水涂料发热纤维聚丙烯酸酯产品第7页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三原料单体定义是能与同种或他种分子聚合的小分子的统称。是能起聚合反应或缩聚反应等而成高分子化合物的简单化合物。是合成聚合物所用的-低分子的原料。一般是不饱和的、环状的或含有两个或多个官能团的低分子化合物。2第8页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三原料单体分类②软单体单体的均聚物玻璃化温度较低者称为软单体，当参与树脂共聚时赋予树脂一定的柔韧性和延伸性。一般将玻璃化温度介于-20℃～-70℃的单体称为软单体，常用的软单体有丙烯酸乙酯（-22℃）、丙烯酸丁酯（-55℃）、丙烯酸异辛酯（-70℃）等等。2第9页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三原料单体分类①硬单体单体的均聚物玻璃化温度较高者称为硬单体。玻璃化温度的高低是反映聚合物柔软性和硬脆性的重要指标。它可提高共聚物树脂的硬度和拉伸强度。例如，硬单体甲基丙烯酸酯由于α-位有甲基存在，干扰了碳-碳主链的旋转运动，故聚甲基丙烯酸酯的玻璃化温度较高，脆化温度和拉伸强度也较大。常用的硬单体有丙烯酸甲酯（8℃）、醋酸乙烯酯（22℃）、苯乙烯（80℃）、丙烯腈(97℃)、甲基丙烯酸甲酯（105℃）、丙烯酰胺（165℃）等等。2第10页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三原料单体分类③官能单体主要作用是调节粘度和参加聚合反应。单体按官能度的多少可分为单官能单体、双官能单体、三官能单体及多官能单体，单官能单体固化生成线型聚合物，它有利于提高胶层的柔韧性和附着；双官能和多官能单体不仅起反应性稀释剂的作用，而且起交联剂的作用，它们对胶层的硬度、韧性和强度有重要影响。增加单体的官能度可加速固化过程，为适应生产具有良好性能的粘合剂，常使用单官能、双官能和多官能的混合物。2第11页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三原料单体分类④交联单体交联反应是在普通的聚合产物的基础上进行的，使用分子量为几百的交联剂，使多条聚合链分子之间形成结合，使分子结合力更强或者有些某些特殊的性质。2第12页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三原料2不同单体赋予聚合物的主要性能第13页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三原料乳化剂定义能促使两种互不相溶的液体（如油和水）形成乳浊液的物质称为乳化剂。乳化剂有水油型（使水分散在油中）和油水型（使油分散在水中）两类。乳化剂大多数是表面活性剂，主要是阴离子型和非离子型表面活性剂。聚丙烯酸酯乳液中常用的阴离子型乳化剂有SDBS（十二烷基苯环酸钠）等，常用的非离子型乳化剂乳化剂有OP-10（烷基酚聚氧乙烯醚）等。2第14页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三原料乳化剂作用机理在乳浊液中，乳化剂分子为求自身的稳定状态，在油水两相的界面上，乳化剂分子亲油基伸入油相，亲水基伸入水相，这样，不但乳化剂自身处于稳定状态，而且在客观上又改变了油、水界面原来的特性，使其中一相能在另一相中均匀地分散，从而形成稳定的乳化液。2第15页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三原料乳化剂生活中常见的乳化剂2肥皂洗洁精第16页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三原料引发剂定义又称自由基引发剂，指一类容易受热分解成自由基（即初级自由基）的化合物，可用于引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应，也可用于不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反应。乳液聚合中常用水性无机过氧化物如过硫酸钾、过硫酸铵作引发剂。2pH调节剂调节乳液pH值，提高乳液的稳定性。聚丙烯酸酯乳液合成过程中常用的pH调节剂有氨水、NaHCO3等。第17页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3乳液合成机理过硫酸钾引发的丙烯酸类单体的聚合是自由基引发机理，可由下列三步基元反应组成：链的引发

第18页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3乳液合成机理链的增长第19页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3乳液合成机理链的终止第20页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3乳液聚合工艺聚合方法主要有单体一次加入、分批加入或连续滴加。具体合成工艺①混合单体全部乳化后加引发剂聚合

即将乳化剂用去离子水溶解后加入混合单体，搅拌升温至适当温度，

再滴加引发剂(过硫酸铵等)完成聚合的过程。

第21页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3乳液聚合工艺具体合成工艺②先加部分单体进行乳化，余下的单体和引发剂同步分批加入或滴加乳化剂。

用去离子水，搅拌，使均匀溶解，在搅拌下加入部分混合单体和引发剂，搅拌乳化，加热升温聚合，最后余下的单体和引发剂溶液分批同步加入或滴加，然后保温使作用完全，冷却至室温，调节PH，过滤，出料。当今乳液聚合方法以分批或连续滴加工艺为主，其易于控制，产品拉伸强度也较好。第22页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3改善乳液性能的最新聚合工艺和技术核-壳乳液聚合不改变乳液单体组成，使乳液粒子结构发生变化，从而提高乳液的性能。常规乳液聚合得到的乳胶粒子是均相的，核-壳乳液聚合得到的乳胶粒子是非均相的，采用特殊工艺可设计乳胶粒子的核和壳结构的组成。首先制备种子（核）乳液，其后加人单体继续聚合形成壳层，最终形成核-壳结构的非均相粒子。核-壳乳液聚合和常规乳液聚合得到乳液性能的最大差异在于：核-壳乳液聚合得到的乳液抗回粘性好、最低成膜温度低，具有更好的成膜性、稳定性以及更优越的力学性能。第23页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3改善乳液性能的最新聚合工艺和技术无皂乳液聚合无皂乳液聚合又称无乳化剂乳液聚合。传统的乳液聚合法因乳化剂的存在而影响乳液成膜的致密性、耐水性、耐擦洗性和附着力等；无皂乳液聚合是在反应过程中使用具有反应性官能团、能够参与聚合反应的乳化剂、完全不添加或仅添加微量的通常意义上的乳化剂，消除乳化剂带来的许多负面影响（如乳化剂消耗大、不能完全从聚合物中除去从而影响产品纯度与性能等），提高了乳液涂膜性能。第24页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3改善乳液性能的最新聚合工艺和技术微乳液聚合与超微乳液聚合微乳液聚合与普通乳液聚合的差别是在体系中引人了助乳化剂，并采用了高速搅拌法、高压均化法和超声波分散法等微乳化工艺。微乳液聚合凝聚物量较少，可提高产率，避免粘釜。其聚合反应速度很快，生成的聚合物粒子非常小，大约在2040nm。微乳液聚合乳液及超微乳液聚合乳液由于其高稳定性，粒径大小均一以及速溶的特点，在克服常规聚合体系中存在的一些问题、控制相对分子质量及其分布方面具有潜在的优势。第25页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3改善乳液性能的最新聚合工艺和技术其他乳液聚合方法除上面介绍的几种乳液聚合技术之外，还有互穿网络聚合、基因转移聚合、超浓乳液聚合、反相乳液及反相微乳液聚合、定向乳液聚合、辐射乳液聚合等。第26页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3乳液性能的影响因素乳化剂的配比对乳液性能的影响乳化剂对乳液的稳定性和粒径大小有很大的影响。合成乳液的乳化剂通常为非离子型乳化剂和阴离子型乳化剂的复配物，这是因为单独采用非离子型乳化剂，乳液对电解质的化学稳定性良好，但会使聚合速度减慢，且因为乳化能力弱，聚合中易生成凝块；单独采用阴离子型乳化剂，乳液粒径小、黏度大、聚合稳定性好，但在电解质中的化学稳定性差。将两者复配使用，可以产生协同效果，并且用量减少。第27页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3乳液性能的影响因素软硬单体配比对乳液性能的影响硬单体可以赋予乳液涂层较高的玻璃化温度、强度、硬度和一定的光泽，同时能使涂层耐刮擦、耐玷污，但过多时，将使聚合物的内聚力下降，硬度上升，耐水性变差。软单体赋予涂层柔韧性和耐水性，从而使聚合物在低温下有良好的使用性。软单体含量高时，乳液粒径减小，水中形成的乳液稳定，涂膜的柔韧性、附着力提高，但当软单体含量过高，可造成涂膜硬度和强度下降且膜太粘，不易干燥，不耐洗刷和污染，难以用于涂料。第28页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3乳液性能的影响因素引发剂用量对乳液性能的影响乳液聚合过程中，引发剂的用量直接影响到聚合反应的速度和聚合物分子量的大小。引发剂用量加大，体系中自由基数目增多，成核粒子数增多，并导致乳胶粒子的粒径减小；引发剂用量太小，引发自由基少，聚合反应慢最终转化率低；引发剂用量太大，聚合反应太快，反应热不易排除，而使聚合体系难以控制。第29页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三合成3乳液性能的影响因素其他影响因素除上述影响因素外，影响聚丙烯酸酯乳液性能的因素还有乳化剂用量、反应温度、反应时间、搅拌速度、pH值等。第30页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三改性4聚丙烯酸酯乳液的改性有机氟改性

氟原子具有最小的原子半径和最大的电负性，因此与碳原子结合后碳氟键的键能非常大；氟原子在聚合物成膜时，会产生分子重排现象，使氟原子紧密地排布在聚合物的表面。全氟基团（-CF3)拥有较低的表面自由能。氟化丙烯酯的反应焓等热力学性质与丙烯酸酯相近，聚合条件温和，且能够和许多乙烯类单体共聚合。因为有机氟具备以上四个性质，因此通过聚合的方法在聚丙烯酸酯乳液中引入氟原子能够有效地防止聚合分子中碳原子以及碳链的暴露，并能够显著降低涂料的表面能，从而使乳液表现出优异的化学稳定性、自清洁性、耐水性、抗氧化性以及良好的耐候性等性能。第31页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三改性4聚丙烯酸酯乳液的改性纳米改性因为纳米材料是具有表面效应、光学效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等特殊性能的材质，将其应用于材料中能够增大材料的硬度并同时能够提高材料的耐擦洗性、耐溶剂性和耐热性等方面的性能。聚氨酯改性聚氨酯水分散体系具有粘结力强、弹性佳、耐磨性及耐低温性好等优点，但其在耐候性、耐水性以及物理强度等方面的性能不及丙烯酸酯乳液。因此将两者通过聚合的方式得到的聚氨酯改性聚丙烯酸酯乳液，能够结合两者的优点。

第32页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三改性4聚丙烯酸酯乳液的改性纳米改性因为纳米材料是具有表面效应、光学效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等特殊性能的材质，将其应用于材料中能够增大材料的硬度并同时能够提高材料的耐擦洗性、耐溶剂性和耐热性等方面的性能。聚氨酯改性聚氨酯水分散体系具有粘结力强、弹性佳、耐磨性及耐低温性好等优点，但其在耐候性、耐水性以及物理强度等方面的性能不及丙烯酸酯乳液。因此将两者通过聚合的方式得到的聚氨酯改性聚丙烯酸酯乳液，能够结合两者的优点。

第33页，讲稿共36页，2023年5月2日，星期三改性4聚丙烯酸酯乳液改