聚丙烯酸酯类浆料的合成_20110725.doc

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1、聚丙烯酸酯类浆料的合成实验时间：2011年07月25日实验地点：纺织学院6048实验人员：王玥天气情况：一、目的和要求1.掌握乳液聚合的原理。2.掌握乳液聚合的实验操作。3.观察聚合过程中产生的现象。二、原理1.乳液聚合简介：乳液聚合是以单体和水在乳化剂作用下配制成的乳状液，加入引发剂在一定温度下进行的聚合反应。体系主要由单体、水、乳化剂和引发剂四种基本组分组成。其中单体是待进行聚合反应生成聚合物的组分，为分散相，一般是不溶于水或微溶于水的α—烯烃类化合物；水是分散介质，为连续相；乳化剂多为亲水性表面

2、活性剂；引发剂一般为水溶性的过硫酸盐类的热分解型或氧化还原体系。另外，在实际制备产物中，为了得到不同性能和控制不同的工艺条件，不同聚合体系还会添加有其他助剂，如相对分子质量调节剂，缓冲剂、终止剂、电解质、螯合剂和防冻剂等。乳液聚合和其他类型聚合的不同之处，主要是乳化剂在聚合体系中所起的特殊作用。这些作用是：降低表面张力和界面张力，乳化作用，分散作用，增溶作用，导致按胶束机理生成乳胶粒的作用及发泡作用。乳化剂是两亲性物质，随着在水中浓度的变化，其存在的状态会发生一系列明显的变化，即由杂乱无序的自由单分子

3、状态到某种有序排列的变化，并形成胶束。乳化剂的水溶液当浓度很低时，成自由分子状态溶解于水中。当达到一定浓度后，通常离子型乳化剂质量溶解度为0.05%～0.1%，非离子型乳化剂质量溶解度为0.005%～0.2%，大约每50～100个分子形成一个聚集体，它们的亲油基团彼此靠在一起，而亲水基团向外伸向水相，这样的聚集体叫“胶束”。能够形成胶束的最低乳化剂浓度叫“临界胶束浓度”，用CMC表示。乳化剂形成的胶束形状有球形、棒状、层状等，其大小和形状取决于乳化剂的种类、浓度、温度及共存物等条件。6胶束的大小主要受

4、乳化剂分子结构的影响。在同系列的乳化剂中，疏水基烃链越长，胶束越大；离子型乳化剂中，反号离子越大，胶束越大；非离子型乳化剂中，亲水基越大，胶束越小。2.乳液聚合过程：Ⅰ分散阶段。将单体加入含有一定浓度的乳化剂水溶液中，并加入引发剂，搅拌分散成乳化液。此时体系中的乳化剂，以溶于水中游离的单分子、胶束、液滴吸附层形式存在；单体以小液滴、溶胀胶束、溶解的单分子存在；引发剂溶解于水中。单体为分散相，水为连续相。Ⅱ成核阶段。当体系温度升到使引发剂分解产生自由基时，在水相中的自由基直接进入胶束，或在水相中引发游离

5、单体生成低聚自由基进入胶束，在胶束中引发或继续聚合形成初级粒子，称为胶束成核机理。这是由于胶束数目大，比表面积大，根据扩散理论，更容易捕获自由基。在此阶段，自由基不断扩散进溶胀胶束，不断生成新的聚合物初级粒子。此时体系中处理分散阶段的组成外，还生成有聚合物初级粒子。当胶束消耗完时，成核结束。Ⅲ增长阶段。体系已没有胶束，粒子数基本不变，单体小液滴作为“仓库”，不断将单体供给初级粒子，此时自由基不断扩散进乳胶粒子中，不断聚合使乳胶粒子长大。含有自由基且正在增长的乳胶粒，叫“活乳胶粒”。当第二个自由基进入了

6、这个活乳胶粒，发生了双基终止时，该乳胶粒就成为“死乳胶粒”。当单体液滴消失时，此阶段消失。Ⅳ完成阶段。此时体系中主要由乳胶粒和水相组成。乳胶粒中的单体不断被消耗，又得不到补充，黏度越来越高，自由基链终止速率常数急剧下降，使反应速率加大，这种现象叫“凝胶效应”。有些单体，但聚合反应进行到此阶段后期，转化率达到某一值，反应速率会突然降至为零，这种现象叫“玻璃化效应”。3.过硫酸盐类引发剂3.1过硫酸盐的热分解机理：①K2S2O8在碱性、中性及弱酸性水中，热分解的主要反应：总的反应为：在无PH值缓冲剂时，H

7、SO4-又会分解成H+和SO42-，这将使溶液的PH值降低。②在微酸性溶液中的分解反应：6③在较强酸性水溶液中继续反应：从上述不同条件下的反应可以看出，过硫酸盐的热分解反应按两种机理进行，第①种机理所生成的氧气来自于水；第②种机理来自于过硫酸根。3.2影响过硫酸盐分解的因素：溶液中的H+离子对过硫酸盐在水溶液的热分解有催化作用，分解反应会加快进行。温度也会对过硫酸盐在水溶液中的分解反应有很大影响，温度越高，反应速率越快。乳胶粒也会使过硫酸盐的分解速率加快。4.乳化剂简介：乳化剂是一种表面活性剂。所有的

8、乳化剂分子都是由极性亲水基团和非极性的亲油基团组成。亲水基使分子引入水相，疏水基使分子引入油相，即离开水相，因此乳化剂都是两亲性物质。通常，乳化剂按亲水基的性质一般可分为四类：阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂、非离子型乳化剂和两性乳化剂。另外还有一些特殊类型的乳化剂。⑴阴离子型乳化剂。阴离子型乳化剂的亲水基为阴离子，在水溶液中离解时能生成阴离子基团。这种乳化剂在碱性介质中效果较好。主要分为以下几种：①高级脂肪酸盐(RCOOM)。②硫酸盐类(ROSO3M),