乳液聚合生产工艺教学内容.ppt

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1、四、乳液聚合生产工艺1、乳液聚合生产工艺的特点乳液聚合的定义：乳液聚合是单体和水在乳化剂的作用下配制成的乳状液中进行的聚合，体系主要由单体、水、乳化剂及水溶性引发剂四种成分组成。合成橡胶：丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等粘结剂、涂料：白胶、乳胶漆等合成树脂：聚氯乙烯及其共聚物、聚醋酸乙烯及其共聚物、聚丙烯酸酯类共聚物等各种助剂（纺织、造纸、建筑）等乳液聚合的应用Emulsion(乳液)：在表面活性剂作用下，在水相中油相形成的稳定分散相的体系。Latex（胶乳）：高分子化合物的微粒分散在水中所形成的稳定的水乳液体系的总称。包括树脂，例如聚氧化乙烯、橡胶，例如天然胶乳、合成胶乳水油

2、搅拌乳液洗涤剂2、乳液聚合的基本原理乳化液及乳化液的稳定性（1）乳化剂使分散相和分散介质的表面张力降低以表面活性剂作为乳化剂时，乳化剂使分散相和分散介质的界面张力降低,使液滴和乳胶粒的自然聚集的能力大大降低,因而使体系稳定性提高。但这样仅使液滴和乳胶粒有自聚集倾向，而不能彻底防治液滴之间的聚集。例如将鱼肝油分散在浓度为2％的肥皂水中，其界面自由能比纯水降低了90％以上。乳状液稳定的条件（2）离子型乳化剂的双电层静电排斥作用双电层是建立了静电力和扩散力之间的平衡。由于乳胶粒表面带有电荷，故彼此之间存在静电排斥力。而且距离越近排斥力越大，使乳胶粒难以接近而不发生聚集，从而使乳状液

3、具有稳定性。带负电的乳胶粒双电层示意图+++++++_+++++___________乳胶粒固定层吸附层（3）空间位阻的保护作用乳化剂使液滴或乳胶粒周围形成有一定厚度和强度的水合层，起空间位阻的保护作用。这种空间位阻的保护作用阻碍了液滴或乳胶粒之间的聚集而使乳状液稳定具有空间位阻作用的水合层示意图乳胶粒当乳状液中加入一定量的电解质后，液相中离子浓度增加，在吸附层中异性离子增多，电中和的结果是使动电位下降，双电层被压缩。当电解质浓度达到足够浓度时，乳胶粒的动电位降至临界点以下，乳胶粒之间的吸引力由于排斥力的消失而体现出来，使体系出现破乳和凝聚现象。离子型乳化剂形成的乳状液其电

4、解质稳定性差。（1）电解质的加入影响乳状液稳定的因素（2）机械作用（3）冰冻（4）长期存放当机械作用能量超过聚集活化能时，乳胶粒就彼此产生凝聚。非离子型乳化剂形成的乳状液其机械稳定性差；由于冰晶的继续增长而被覆盖在下面的乳状液一方面受到机械压力，一方面水的析出时乳状液体系内电解质浓度升高，直至最后造成破乳。乳液聚合过程体系的相转变：液－液体系→液－固体系根据间歇法乳液聚合的动力学特征，可以把整个乳液聚合过程分为四个阶段：乳胶粒生成阶段（聚合I段）分散阶段（聚合前段）乳胶粒长大阶段（聚合II段）聚合完成阶段（聚合III段）乳液聚合过程和机理乳液聚合过程和机理(1)分散阶段单体、

5、乳化剂在单体液滴、水相及胶束间形成动态平衡。加入乳化剂，浓度低于CMC时形成真溶液，高于CMC时形成胶束。加入单体按在水中的溶解度以分子状态溶于水中，更多的溶解在胶束内形成增溶胶束，还有的形成小液滴，即单体液滴。引发剂溶解在水中，分解形成初始自由基。(2)乳胶粒生成阶段引发剂在不同的场所引发单体——生成乳胶粒。A.进入增溶胶束，引发聚合，形成乳胶粒—胶束成核。B.引发水中的单体—达到一定聚合度后析出吸附水相中乳化剂而稳定，增长为胶乳粒子，称为低聚物成核。C.进入单体液滴中聚合为乳胶粒。D.进入已存在的乳胶粒了中继续进行增长。胶束消失标志这一阶段结束单体液滴→水相→乳胶粒自由基

6、→增溶胶束或乳胶粒胶束→水相→乳胶粒(3)乳胶粒长大阶段没有胶束，乳胶粒数目恒定，聚合反应在乳胶粒中继续进行。单体、乳化剂及自由基三者在单体液滴、乳胶粒和水相之间建立平衡。自由基→乳胶粒→链增长单体液滴→水相→乳胶粒单体液滴消失标志这一阶段结束(4)聚合完成阶段体系中只有水相和乳胶粒两相。乳胶粒内由单体和聚合物两部分组成，水中的自由基可以继续扩散入内使引发增长或终止，但单体再无补充来源，聚合速率将随乳胶粒内单体浓度的降低而降低。该阶段是单体—聚合物乳胶粒转变成聚合物乳胶粒的过程。乳液聚合各个阶段转化率与反应速度和表面张力的关系表面张力及聚合速度与转化率的关系图乳液聚合机理3、

7、乳液聚合物料体系及其影响因素乳液聚合的物料组成包括：单体引发剂乳化剂分散介质（水）其他（包括各种调节剂、电解质、螯合剂和终止剂等）单体乳液聚合的单体必须具备以下几个条件：⑴单体可以增溶溶解但不能全部溶解于乳化剂的水溶液；⑵单体可以在增溶溶解温度下进行聚合反应；⑶单体与水和乳化剂无任何作用⑷对单体的纯度要求达到99％以上⑸在乳液聚合中，单体的含量一般控制在30％～60％之间。乳化剂乳化剂的分类按照乳化剂作用形成稳定胶束的机理表面活性剂乳化剂高分子乳化剂低分子乳化剂高分散性固体粉末乳化剂按照亲水基团的性质