保护胶体在高固含量弹性丙烯酸酯乳液聚合中的应用

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1、保护胶体在高固含量弹性丙烯酸酯乳液聚合中的应用(1.西安交通大学材料科学与工程学院，西安710049；2.西安交通大学理学院，西安710049)摘要：为了降低高固含量弹性丙烯酸酯乳液聚合的凝聚率，选择了聚甲基丙烯酸钠作为丙烯酸酯乳液聚合的保护胶体，研究了其用量对乳液聚合和乳液性能的影响，探讨了它对丙烯酸酯乳液的稳定机理。研究结果表明，聚甲基丙烯酸钠增加了乳液聚合的稳定性，其用量仅为0.2%就可使凝聚率降到0；提高了乳液胶膜的耐水性；保持了较低的乳液黏度。关键词：保护胶体；聚甲基丙烯酸钠；丙烯酸酯乳液1引

2、言保护胶体一般为水溶性高分子化合物，诸如聚乙烯醇、羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚(甲基)丙烯酸钠(PMANa)等，它是合成聚醋酸乙烯酯乳液、VAE乳液、醋丙和苯丙乳液等的重要组成成分，它制备的乳液具有稳定性好、乳胶粒粒径均匀、凝胶少、光泽好等优点。但由于它的使用量大，如合成聚醋酸乙烯酯乳液时使用量可达到6%，因而乳液耐水性很差。长久以来它只能合成低档乳液，很少用于性能要求较高的纯丙及其改性乳液。为了制备高固含量的柔性防水涂料，合成了固含量为60%、耐水性优异的弹性丙烯酸酯乳液，但其始终有少量凝聚物黏附

3、在釜壁或搅拌棒上，造成清洗困难。因此，本试验根据保护胶体的稳定原理，选择并添加微量的PMANa合成丙烯酸酯乳液，有效地提高了乳液聚合的稳定性，降低了凝聚率，而且仍旧保持了乳液良好的耐水性和较低的黏度，同时探讨了保护胶体的作用机理。2试验部分2.1原材料单体：甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)，均为分析纯，天津化学试剂厂生产。乳化剂：芳烷基聚氧乙烯醚硫酸铵、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、烯丙基羟烷基磺酸钠(可聚合乳化剂)，均为进口。其他助剂：过硫酸铵[(NH4)2S2O8]

4、、NaHCO3、氨水、叔丁基过氧化氢、甲醛次硫酸钠，均为分析纯。PMANa，进口。2.2试验方法2.2.1基本配方弹性丙烯酸酯乳液的基本配方如表1所列。表1弹性丙烯酸酯乳液配方2.2.2基本工艺聚合工艺采用半连续法预乳化。按照表1的配方，首先将组分二和组分四加入预乳化釜，通氮气保护，在100r/min的转速下搅拌15min，然后在200r/min的搅拌速度下慢慢滴加组分一进行单体预乳化。预乳化一般为0.5h，若有分层可延长预乳化时间。预乳化结束后，将全部的组分五和1/10的预乳化液加入反应釜.通氮气，升

5、温，并保持搅拌速度在100r/min左右。待温度升至80℃时，加入1/3的组分三，并在80~83℃保温。反应出现第一次自升温之后，开始在80~85℃连续滴加剩余的预乳化液和剩余的组分三，滴加时间为2.5~3.0h，滴加完毕后再升温至85~90℃保温反应1.5~2.0h，保温结束后降温至75℃，加入后添加引发剂保持0.5h。降至室温，并用氨水调节pH为7~8后出料。2.3乳液性能的测试2.3.1聚合体系中凝聚率的测定聚合结束后，收集反应体系中、容器壁和搅拌器上的凝聚物，烘干至恒量(W)，乳液总量为，乳液固

6、含量为Js，则凝聚率(σ)为：2.3.2乳液的稳定性聚合稳定性：聚合结束后，测定乳液的，无凝聚物则说明乳液聚合稳定。机械稳定性：将一定量的乳液在高速剪切机中以4000r/min的速度剪切30min，待静止后收集凝聚物并称量。以凝聚物的相对量表征机械稳定性。无凝聚物，机械稳定性好，记为3；凝聚物较少，机械稳定性一般，记为2；凝聚物较多，机械稳定性差，记为1。2.3.3乳液黏度的测定用NDJ-1型旋转黏度计，使用3号转子，在6r/min的转速下测定乳液的黏度。2.3.4乳液耐水性的测定测定乳液胶膜的吸水率，

7、评价乳液的耐水性。在干燥洁净的表面皿中称取一定量的乳液，要求干燥后膜的厚度为(1.0±0.1)mm。成膜时先在室温下干燥，待膜透明后在50℃的电热鼓风干燥箱中烘24h，然后将膜揭起反面朝上继续烘24h，称得干膜的质量(W0)。烘干的胶膜在(23±2)℃的蒸馏水中浸泡，48h后将胶膜取出：用滤纸擦干表面的水分，立即称量(W)，则胶膜的吸水率(A)为：乳液胶膜的吸水率越大说明乳液耐水性越差。3结果与讨论3.1保护胶体种类的选择本试验最早采用聚乙烯醇(型号有1799、1788和0588等)、羟乙基纤维素(数均

8、相对分子质量为1.5万和3万等)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)、聚丙烯酸钠作为保护胶体，发现这些高分子并不适合丙烯酸酯乳液聚合，很容易在反应中期造成黏度突增，不能继续搅拌。原因是这些聚合物的亲水性太强，亲油性差，与乳胶粒相容性差，因此，在本试验中使用与丙烯酸酯相容性更好的PMANa，它主链上的甲基增加了与丙烯酸酯的亲和性，能够更容易地吸附在乳胶粒表面上，协助乳化剂起稳定作用。因此，它可以有效地防止反应造成的凝胶。初步研究发现，PMANa