苯丙乳液的合成和內(nèi)墻乳膠漆的制備資料.

1、應(yīng)用化學(xué)專業(yè)項目實訓(xùn)報告苯丙乳液的合成和內(nèi)墻乳膠漆的制備實訓(xùn)目的1）掌握乳液聚合的基本操作，制備苯丙乳液；2）學(xué)習(xí)水溶性涂料的基本知識，掌握設(shè)計涂料配方的方法；3）掌握內(nèi)墻乳膠漆的制備方法和生產(chǎn)工藝流程；4）掌握內(nèi)墻乳膠漆性能檢測方法。二、實訓(xùn)原理1. 苯丙乳液的合成樹脂以微細粒子團（0.12.0 微米）的形式分散在水中形成的乳液稱為乳膠。 乳膠可分為分散乳膠和聚合乳膠兩種。 而在乳化劑存在下靠機械的強力攪拌使樹 脂分散在水中而制成的乳液稱為分散乳膠。 由乙烯基類單體按乳液聚合工藝制得 的乳膠稱為聚合乳膠， 用于制取水性涂料的聚合乳膠主要 有醋酸乙烯乳膠、 丙烯 酸酯乳膠、苯丙乳膠以及醋酸乙烯

2、和丙烯酸單體共聚的乙丙乳膠。乳液聚合是以水為連續(xù)相（分散劑） ，在表面活性劑（乳化劑）存在下，使 聚合反應(yīng)發(fā)生在由乳化劑形成的乳膠粒內(nèi)部 （即表面活性劑形成的膠束作為微反 應(yīng)器 ），制備高分子材料的一種方法。 目前，因為在世界范圍內(nèi)采用乳液聚合法制 備大量的、 各種類型的乳液聚合物和聚合物乳液產(chǎn)品， 因此乳液聚合被廣泛應(yīng)用 于各個技術(shù)領(lǐng)域， 成為不可缺少的材料或工作物質(zhì)。 特別是人們環(huán)境保護意識的 加強，乳液聚合技術(shù)己成為制各 “環(huán)境友好材料 ”的主要方法。 在工業(yè)生產(chǎn)中有多 種用途： （1）用乳液聚合法可大量生產(chǎn)合成橡膠如丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、聚 丙烯酸酯橡膠等。（ 2）用乳液聚合法

3、生產(chǎn)合成塑料、合成樹脂。如聚氯乙烯樹脂、 ABS 樹脂、聚 四氯乙烯樹脂、聚內(nèi)烯酸樹脂等。（3）用乳液聚合生產(chǎn)各種用途的聚合物乳液，如各種粘合劑（聚醋酸乙烯脂乳 液一白膠等）、涂料（如建筑涂料、金屬涂料、木制器涂裝涂料等） 。乳液聚合技術(shù)較本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合相比較，有許多重要特點、 優(yōu)點，既可制備高分子量的聚合物，又有高的聚合反應(yīng)速率。反應(yīng)體系易散熱， 有利于聚合反應(yīng)的控制。生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，操作方便，靈活性大，代表了環(huán) 境保護技術(shù)的發(fā)展方向，很多場合下，聚合物乳液可直接利用。因此，近年來乳 液聚合技術(shù)發(fā)展很快，特別是在聚合技術(shù)上派生、發(fā)展了多種新技術(shù)、新方法。 乳液聚合體系主要有

4、四大組分： 單體、分散介層（水） 、乳化劑、引發(fā)劑， 其次還有用了 pH 調(diào)節(jié)并改善乳液流動性的電解層， pH 調(diào)節(jié)用的中和劑等 。依 據(jù)反應(yīng)單體與反應(yīng)性質(zhì)， 來選用不同的乳化劑。 乳化劑是決定乳液穩(wěn)定性的最主 要因素，對反應(yīng)速率、乳液粘度、膠粒尺寸等也有很主要的作用。乳化劑的選擇 除單體要求的種類外，一般以體系要求的 HLB 值決定其配比和用量，而且多以 非離子型與離子型乳化劑復(fù)配，常用的乳化劑如下：用于乳液聚合的引發(fā)劑主要是以過氧化氫為母體的衍生物，如過硫酸銨 （NH4）2S208、過硫酸鉀K2S2O8、有機過氧化氫，對某些體系，還可采用其他熱分 解引發(fā)劑如芳基偶氮氨基化合物等。 經(jīng)典的乳

5、液聚合物工藝的定性理論 （用以描 述乳液聚合體系中各種物料所處的狀態(tài)及它們之間的相互影響、 相互作用和相互 轉(zhuǎn)化規(guī)律）將乳液聚合過程分為四個階段：分散階段：乳化劑在分散相（水）中形成膠束：加入部分單體后，在攪拌作 用下，部分形成單體珠滴、 部分增溶在乳化劑形成的膠束中或溶解在水相中。 乳 化劑、單體化水相、單體珠滴和膠束之間建立動態(tài)平衡。階段I （成核階段）：水溶性引發(fā)劑加入到體系中后，在反應(yīng)溫度下引發(fā)劑在 水相中開始分解出初始自由基， 或擴散到膠束中或在水相引發(fā)聚合， 或擴散到單 體珠滴中。無論那種情況都可引發(fā)單體聚合形成乳膠粒。在階段 I 乳化劑有四個 去處，即形成膠束、吸附在乳膠粒表面上

6、、 吸附在單體珠滴表面上及溶解在水中。 單體也有四個去向，即形成單體珠滴、分布在乳膠粒中、分布在增溶膠束中，或 溶解在水中， 此時乳化劑和單體在水相、 單體珠滴、 乳膠粒和膠束之間建立動態(tài) 平衡， 直到膠束耗盡后，標(biāo)志階段 I 結(jié)束。階段 II （膠粒長大階段）：聚合反應(yīng) 發(fā)生在乳膠粒中， 逐漸加入的單體形成單體珠滴， 單體山單體珠滴通過水相擴散 到乳膠粒中，在其中進行聚合反應(yīng)，使乳膠粒長大，此時，乳化劑和導(dǎo)體在乳膠 粒、水相和單體珠滴間建立動態(tài)平衡。單體珠滴消失，標(biāo)志階段 II 結(jié)束。階段 III （反應(yīng)完成階段）：在該階段，膠束和單體珠滴都不見了。絕大多數(shù)未反應(yīng)的 單體集中在乳膠粒內(nèi)部，

7、只有極少數(shù)的單體溶解在水相中， 單體和乳化劑在水相 和乳膠粒之間建立動態(tài)平衡。水相中的引發(fā)劑分解出自由基，擴散到乳膠粒中， 在乳膠粒中引發(fā)聚合， 使乳膠粒中的單體逐漸降低。 使單體轉(zhuǎn)化率達到最大至反 應(yīng)結(jié)束。 正是乳膠聚合的定性理論決定了聚合反應(yīng)反應(yīng)嚴(yán)格的操作步驟。 因此操作步 驟往往是聚合物乳液性能好與壞的重要因素之一。詳細的原理與技術(shù)參閱乳液聚合的有關(guān)專著和文獻資料。2. 內(nèi)墻乳膠的制備 要把乳膠進一步加工成涂料， 必須使用顏料和助劑。 以下是常用的助劑及其 功用。1) 分散劑(相潤濕劑)：這類助劑能吸附在顏料粒子的表面， 使水能充分潤濕顏 料并向其內(nèi)部孔隙滲透，使顏料能研磨分散于水相乳膠

8、中，分散了的顏料微 粒又不能聚集和絮凝。2) 增稠劑：能增加添作料的粘度， 起到保護膠體和阻止顏料聚焦、 沉降的作用。3) 防霉劑：加有增稠劑的乳膠漆，一般容易在潮濕的環(huán)境中長霉，故常在乳膠 涂料中加入防霉劑。4) 增塑劑和成膜助劑：涂覆后的乳膠漆在溶劑揮發(fā)后，余下的分散粒子須經(jīng)過 接觸合并，才能形成連續(xù)均勻的樹脂膜。5) 消泡劑：涂料中存在泡沫時，在干燥的漆膜中形成許多針孔，消泡劑的作用 就是去除這些泡沫。6) 防銹劑： 用于防止包裝鐵罐生銹腐蝕和鋼鐵表面在涂刷過程中產(chǎn)生銹炙的浮 銹現(xiàn)象。三、主要儀器與設(shè)備機械攪拌器1套，蛇冷凝管1個，500ml四口燒瓶1個、250ml滴液漏斗一 個，恒溫水

9、浴鍋 1 套，溫度計 1 支，固定夾若干。苯丙乳液合成 ：丙烯酸、丙烯酯丁酯、甲基丙烯酸甲酯、過硫酸銨、十二烷基硫酸鈉(SDS)、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、碳酸氫鈉、去離子水、氨水。 內(nèi)墻乳膠漆制備 ：鄰苯二甲酸二丁酯、去離子水、六偏磷酸鈉、丙二醇、碳 酸鈣、滑石粉、磷酸三丁酯、羧甲基纖維素、鈦白粉、羥甲基纖維素。性能測試：去離子水、乙醇、丙酮、廣泛pH試紙、NDJ-79型旋轉(zhuǎn)粘度計、 烘箱、 FT-IR。四、實驗配方1. 苯丙乳液合成1）設(shè)計單體總質(zhì)量為lOOg，合成配方見表1所示。表1苯丙乳液合成配方名稱質(zhì)量分數(shù)a/%名稱質(zhì)量分數(shù)a/%苯乙烯20過硫酸銨0.4丙烯酸丁酯50十二烷基硫

10、酸鈉1.0丙烯酸2烷基酚聚氧乙烯醚2.0甲基丙烯酸甲酯28水100NaHCO30.3注：a：占單體總量的百分數(shù)。2）工藝流程如下：a）在250ml的燒杯中，加入碳酸氫鈉、十二烷基硫酸鈉和OP-10,然后加入60g 的去離子水，用玻棒攪拌溶解，然后倒入四口燒瓶，開啟電動攪拌，水浴加 熱至 80-82C。b）取0.1g的過硫酸銨加入10g的去離子水，用玻棒攪拌溶解，然后加入到四口 燒瓶中，待體系重新升溫到80-82°C，開始滴加種子單體（10g）。c）將單體首先在一個250ml的燒杯中混合，然后用滴管取出10g,用恒壓漏斗10min滴加到四口燒瓶中去。滴加到5min左右的時候，體系就會出

11、現(xiàn)藍光， 表明乳液聚合反應(yīng)開始啟動。滴加完畢后，保溫20 min。注意，滴加過程，保證四口燒瓶內(nèi)的溫度在80-+82C的范圍。d）剩余的90g單體和引發(fā)劑（0.3g過硫酸銨加入30g去離子水溶解）水溶液分 兩個恒壓漏斗滴加，在 2h內(nèi)滴加完畢。要求在滴加過程盡量保證均勻，同 時，聚合過程保持反應(yīng)溫度在80-82 C。e）單體和引發(fā)劑溶液滴加完畢后繼續(xù)攪拌，在80-82C下保溫反應(yīng)0.5小時，然后升溫到85C再保溫反應(yīng)0.5小時。f）撤除恒溫浴槽，繼續(xù)攪拌冷卻至50C，然后用氨水調(diào)節(jié)乳液的pH值為7.08.0g）出料，用塑料瓶保存。2. 苯丙內(nèi)墻乳膠漆的制備1）內(nèi)墻乳膠漆的配方見表2所示表2內(nèi)墻

12、乳膠漆的配方名稱質(zhì)量/g名稱質(zhì)量/g苯丙乳液（50%）120鈦白粉54去離子水67.5滑石粉24六篇磷酸鈉（10%）0.75碳酸鈣18羥乙基纖維素0.15磷酸三丁酯0.6丙二醇7.5防腐劑注：配漆總質(zhì)量為 293g2）具體工藝流程如下：把67.5g離子水、0.75g質(zhì)量分數(shù)10%六偏磷酸鈉水溶液、0.15g羥乙基纖維 素以及7.5g丙二醇加入金屬杯中，開動高速均質(zhì)攪拌機（轉(zhuǎn)速控制為1000rpm）。 混合均勻后后將轉(zhuǎn)速調(diào)至500rpm,逐漸加入54g鈦白粉、24g滑石粉和18g碳 酸鈣，繼續(xù)攪拌0.5h。將轉(zhuǎn)速調(diào)至700rmp,加入0.6g磷酸三丁酯，然后繼續(xù)攪 拌10min。在攪拌下加入80

13、g苯丙乳液，直至攪勻為止，即得白色涂料。若再加 入少量彩色顏料漿，可得彩色涂料。五、產(chǎn)品性能表征方法及結(jié)果1. 苯丙乳液合成1）外觀取30g乳液倒入50M1的燒杯中，用玻璃棒提起乳液，約距燒杯中 20cm處 觀察乳液的流動性能及其色澤，乳液流線是否均勻一致，是否含有異物，顆粒是 否均勻。2）粘度在室溫下（25士 05C）采用涂-4杯測量乳液黏度，單位為s。3）固含量根據(jù)失重法測量乳液的固體含量：將一個干凈的表面皿用乙醇和去離子水 沖洗干凈后在50 C干燥至恒重，記此恒后果質(zhì)量為m1,用膠頭滴管滴加約2g的 乳液在表面皿上面，記下此時乳液質(zhì)量為 m2，然后置于烘箱，120C下干燥至恒 重（約1h），記下表面皿和干膜總質(zhì)量為 m3,由此乳液的固含量計算公式為：?3 - ?固含量=X 100%r?乳液或涂膜的綜合性能列于表3所示。表3乳液或涂膜綜合性能名稱性能指標(biāo)乳液外觀帶藍光并稍有粘度的乳白色液體黏度/cp or s固含量/%2. 苯丙內(nèi)墻乳膠漆1）施工性用刷子在試板平滑面上刷涂試樣， 涂布量為濕膜厚約10