乳液聚合合成及生产工艺.doc

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1、.乳液聚合班级：高分0942姓名：冯会科学号：200910211239乳液聚合（emulsionpolymerization）是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。乳液聚合是高分子合成过程中常用的一种合成方法。乳液聚合体系至少由单体、引发剂、乳化剂和水四个组分构成，一般水与单体的配比(质量)为70/30～40/60，乳化剂为单体的0.2％～0.5％，引发剂为单体的0.1％～0.3％；工业配方中常另加缓冲剂、分子量调节剂和表面张力调节剂等。所得产物为胶乳，可直

2、接用以处理织物或作涂料和胶粘剂，也可把胶乳破坏，经洗涤、干燥得粉状或针状聚合物。乳液聚合的发展自由基聚合反应是聚合物生产中应用最为广泛的方法之一，乳液聚合则是由单体和水在乳化剂作用下配制成的乳状液中进行的聚合，体系主要有单体、水、乳化剂和引发剂四种基本组分构成。乳液聚合技术萌生于上世纪早期，一般公认最早见于文献的是德国Bayer公司的H.Hofmann的一篇关于异戊二烯单体水乳液的聚合专利。30年代见于工业生产，40年代Harkins定性地阐明了在水中溶解度很低的单体乳液聚合机理。后来，Smith和Ewart，

3、建立了定量的理论，提出了乳液聚合的三种情况及乳液聚合过程的三个阶段，即乳胶粒生成阶段(阶段I)、乳胶粒长大阶段(阶段II)及乳液聚合完成阶段(阶段III)，这一理论被视为乳液聚合的经典理论。此后乳液聚合成为研究热点。随着乳液聚合理论的发展，乳液聚合技术也在不断的发展和创新。关于常规乳液聚合目前研究主要集中在:多组分乳液聚合体系的研究、合成高固含量的乳胶、反应型乳化剂的使用等方面。另外，在传统乳液聚合工艺的基础上，目前国内外已开发出无皂乳液聚合、细乳液聚合、反相乳液聚合、分散聚合和微乳液聚合等新的聚合工艺。从本质

4、上来说，这些新的聚合技术与乳液聚合有着共同的特征，即都是分隔体系的聚合反应，有着共同的一些优点。乳液聚合—聚合机理..从历史上看，乳液聚合机理主要有以下三个：1，1945年W.D.Harkins提出的胶束理论。在当时的情况下，对于乳液聚合机理有两种看法，即机械搅拌形成的单体液滴聚合形成粒子以及单体相与水相界面形成粒子。W.D.Harkins担任美国橡胶研究所的所长，在他的组织下，首先实验证明了普通的机械搅拌不可能使油性苯乙烯形成乳液聚合后大小的聚苯乙烯粒子，同时从能量的角度考虑，理论上普通机械搅拌也不可能提供足

5、够维持那么小粒子所需的表面能。其次，他们做了一个将苯乙烯蒸汽通过含引发剂（H2O2）水溶液的实验，发现也可以形成粒径较大的粒子。他们认为苯乙烯蒸汽与水溶液之间不存在界面，因而，界面形成粒子的说法是错误的。同时由于生成的粒子较大，所以，他们得出结论单体液滴形成的粒子粒径一定很大。在此基础上，W.D.Harkins提出了胶束理论，即当乳化剂分子浓度超过临界胶束浓度时，则从水相中沉淀出来形成胶束。W.D.Harkins认为乳液聚合后的粒子是胶束中的单体聚合形成的。聚合过程（见图1）是：在单体相与水相之间存在一个扩散层

6、；胶束进入扩散层，单体分子扩散进入胶束；胶束捕获水相中的自由基聚合。图1..但是，Harkins没有给出其动力学模型，因而，该机理没有引起太多的议论，直到1948年，Smith-Ewart依据Harikins的胶束理论建立了一系列的计算粒子数及聚合动力学模型后，该机理才被广泛讨论，并命名为Harkins胶束成核理论。但是，其原来的说法也被篡改成图2中的说法（也是教科书书中常见的说法），即，取消了界面扩散而代之以单体分子从单体相扩散进入水相，然后，水相中的单体分子扩散进入胶束。这种说法在热力学上是非常有争议的，尤

7、其是象苯乙烯这种难溶性单体，依靠扩散，它在水相中浓度不可能支持粒子中所需的高单体浓度。另外，Smith-Ewart将乳液聚合动力学分成三个阶段，即成核阶段（IntervalI）、等速聚合阶段（IntervalII）以及减速聚合阶段（IntervalIII），聚合动力学模型也主要处理等速聚合阶段的动力学问题。但是，现在的实验结果证明，以前认为的等速阶段可能是实验误差造成的，在绝大多数情况下，聚合过程没有等速过程，而是存在两个最大速度（图3）。图2图32，Tsai和Fitch的均相成核机理（又称水相发生机理）。这个

8、机理是在1970年代无皂乳液聚合成功后提出的，因为无皂乳液聚合前，体系中没有传统的乳化剂分子，因而胶束成核机理受到了挑战。他们认为，溶解在水相中的单体分子被同在水相中的引发剂分子引发、聚合形成低聚物，这些低聚物在水中的溶解度随分子链的增长而降低，当达到临界链长时便从水相中沉淀出来形成前驱体（precursor），然后，这些前驱体相互凝聚形成稳定的核。其后，聚合过程完全与胶束成核机理相同