聚丙烯酸酯乳液的合成簡介

關于聚丙烯酸酯乳液的合成簡介第1頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三概述定義以丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及苯乙烯等乙烯基類單體為主要原料合成的共聚物。丙烯酸酯在光、熱及引發(fā)劑作用下非常容易聚合。按照R的不同，形成一系列聚丙烯酸酯。1第2頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三概述1性質和應用聚丙烯酸酯可透射92％的白光，一般濁度為1％一3％。透明度接近光學玻璃，具有耐候性、耐化學性、韌性等性能。聚丙烯酸酯熱變形溫度為165F～216F。像大多數(shù)熱塑性塑料一樣，聚丙烯酸酯熱膨脹系數(shù)比金屬大。聚丙烯酸酯導電性低，耐電弧性好，介電強度高。聚丙烯酸酯易燃，需采取類似木材的防火措施。第3頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三概述1性質和應用聚丙烯酸酯易溶于丙酮、乙酸乙酯、苯及二氯乙烷，而不溶于水。由于其高分子鏈的柔順性，他們的玻璃化溫度（Tg）較低，并隨酯基的碳原子數(shù)及其支化情況而異，當碳原子數(shù)為8時最低。在相同碳原子的酯基中，支化者玻璃溫度較高（見表）。幾種聚丙烯酸酯的玻璃化溫度第4頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三概述1性質和應用聚丙烯酸酯能形成光澤好而耐水的膜，粘合牢固，不易剝落，在室溫下柔韌而有彈性，耐候性好，但抗拉強度不高?？勺龈呒壯b飾涂料。聚丙烯酸酯有粘合性，可用作壓敏性膠粘劑和熱敏性膠粘劑。由于它的耐老化性能好，粘結污染小，使用方便，其產(chǎn)量增加較快。在紡織工業(yè)方面，聚丙烯酸酯可用于漿紗、印花和后整理，能夠增加紡織品的美觀性及手感；它還可用作無紡布和植絨、植毛產(chǎn)品的粘合劑。聚丙烯酸酯還可用于鞣制皮革，可增加皮革的光澤、防水性和彈性。第5頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三概述1性質和應用熱熔雙面膠仿木紋效果產(chǎn)品聚丙烯酸酯產(chǎn)品第6頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三概述1性質和應用防水涂料發(fā)熱纖維聚丙烯酸酯產(chǎn)品第7頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三原料單體定義是能與同種或他種分子聚合的小分子的統(tǒng)稱。是能起聚合反應或縮聚反應等而成高分子化合物的簡單化合物。是合成聚合物所用的-低分子的原料。一般是不飽和的、環(huán)狀的或含有兩個或多個官能團的低分子化合物。2第8頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三原料單體分類②軟單體單體的均聚物玻璃化溫度較低者稱為軟單體，當參與樹脂共聚時賦予樹脂一定的柔韌性和延伸性。一般將玻璃化溫度介于-20℃～-70℃的單體稱為軟單體，常用的軟單體有丙烯酸乙酯（-22℃）、丙烯酸丁酯（-55℃）、丙烯酸異辛酯（-70℃）等等。2第9頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三原料單體分類①硬單體單體的均聚物玻璃化溫度較高者稱為硬單體。玻璃化溫度的高低是反映聚合物柔軟性和硬脆性的重要指標。它可提高共聚物樹脂的硬度和拉伸強度。例如，硬單體甲基丙烯酸酯由于α-位有甲基存在，干擾了碳-碳主鏈的旋轉運動，故聚甲基丙烯酸酯的玻璃化溫度較高，脆化溫度和拉伸強度也較大。常用的硬單體有丙烯酸甲酯（8℃）、醋酸乙烯酯（22℃）、苯乙烯（80℃）、丙烯腈(97℃)、甲基丙烯酸甲酯（105℃）、丙烯酰胺（165℃）等等。2第10頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三原料單體分類③官能單體主要作用是調(diào)節(jié)粘度和參加聚合反應。單體按官能度的多少可分為單官能單體、雙官能單體、三官能單體及多官能單體，單官能單體固化生成線型聚合物，它有利于提高膠層的柔韌性和附著；雙官能和多官能單體不僅起反應性稀釋劑的作用，而且起交聯(lián)劑的作用，它們對膠層的硬度、韌性和強度有重要影響。增加單體的官能度可加速固化過程，為適應生產(chǎn)具有良好性能的粘合劑，常使用單官能、雙官能和多官能的混合物。2第11頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三原料單體分類④交聯(lián)單體交聯(lián)反應是在普通的聚合產(chǎn)物的基礎上進行的，使用分子量為幾百的交聯(lián)劑，使多條聚合鏈分子之間形成結合，使分子結合力更強或者有些某些特殊的性質。2第12頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三原料2不同單體賦予聚合物的主要性能第13頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三原料乳化劑定義能促使兩種互不相溶的液體（如油和水）形成乳濁液的物質稱為乳化劑。乳化劑有水油型（使水分散在油中）和油水型（使油分散在水中）兩類。乳化劑大多數(shù)是表面活性劑，主要是陰離子型和非離子型表面活性劑。聚丙烯酸酯乳液中常用的陰離子型乳化劑有SDBS（十二烷基苯環(huán)酸鈉）等，常用的非離子型乳化劑乳化劑有OP-10（烷基酚聚氧乙烯醚）等。2第14頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三原料乳化劑作用機理在乳濁液中，乳化劑分子為求自身的穩(wěn)定狀態(tài)，在油水兩相的界面上，乳化劑分子親油基伸入油相，親水基伸入水相，這樣，不但乳化劑自身處于穩(wěn)定狀態(tài)，而且在客觀上又改變了油、水界面原來的特性，使其中一相能在另一相中均勻地分散，從而形成穩(wěn)定的乳化液。2第15頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三原料乳化劑生活中常見的乳化劑2肥皂洗潔精第16頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三原料引發(fā)劑定義又稱自由基引發(fā)劑，指一類容易受熱分解成自由基（即初級自由基）的化合物，可用于引發(fā)烯類、雙烯類單體的自由基聚合和共聚合反應，也可用于不飽和聚酯的交聯(lián)固化和高分子交聯(lián)反應。乳液聚合中常用水性無機過氧化物如過硫酸鉀、過硫酸銨作引發(fā)劑。2pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)乳液pH值，提高乳液的穩(wěn)定性。聚丙烯酸酯乳液合成過程中常用的pH調(diào)節(jié)劑有氨水、NaHCO3等。第17頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3乳液合成機理過硫酸鉀引發(fā)的丙烯酸類單體的聚合是自由基引發(fā)機理，可由下列三步基元反應組成：鏈的引發(fā)

第18頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3乳液合成機理鏈的增長第19頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3乳液合成機理鏈的終止第20頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3乳液聚合工藝聚合方法主要有單體一次加入、分批加入或連續(xù)滴加。具體合成工藝①混合單體全部乳化后加引發(fā)劑聚合

即將乳化劑用去離子水溶解后加入混合單體，攪拌升溫至適當溫度，

再滴加引發(fā)劑(過硫酸銨等)完成聚合的過程。

第21頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3乳液聚合工藝具體合成工藝②先加部分單體進行乳化，余下的單體和引發(fā)劑同步分批加入或滴加乳化劑。

用去離子水，攪拌，使均勻溶解，在攪拌下加入部分混合單體和引發(fā)劑，攪拌乳化，加熱升溫聚合，最后余下的單體和引發(fā)劑溶液分批同步加入或滴加，然后保溫使作用完全，冷卻至室溫，調(diào)節(jié)PH，過濾，出料。當今乳液聚合方法以分批或連續(xù)滴加工藝為主，其易于控制，產(chǎn)品拉伸強度也較好。第22頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3改善乳液性能的最新聚合工藝和技術核-殼乳液聚合不改變?nèi)橐簡误w組成，使乳液粒子結構發(fā)生變化，從而提高乳液的性能。常規(guī)乳液聚合得到的乳膠粒子是均相的，核-殼乳液聚合得到的乳膠粒子是非均相的，采用特殊工藝可設計乳膠粒子的核和殼結構的組成。首先制備種子（核）乳液，其后加人單體繼續(xù)聚合形成殼層，最終形成核-殼結構的非均相粒子。核-殼乳液聚合和常規(guī)乳液聚合得到乳液性能的最大差異在于：核-殼乳液聚合得到的乳液抗回粘性好、最低成膜溫度低，具有更好的成膜性、穩(wěn)定性以及更優(yōu)越的力學性能。第23頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3改善乳液性能的最新聚合工藝和技術無皂乳液聚合無皂乳液聚合又稱無乳化劑乳液聚合。傳統(tǒng)的乳液聚合法因乳化劑的存在而影響乳液成膜的致密性、耐水性、耐擦洗性和附著力等；無皂乳液聚合是在反應過程中使用具有反應性官能團、能夠參與聚合反應的乳化劑、完全不添加或僅添加微量的通常意義上的乳化劑，消除乳化劑帶來的許多負面影響（如乳化劑消耗大、不能完全從聚合物中除去從而影響產(chǎn)品純度與性能等），提高了乳液涂膜性能。第24頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3改善乳液性能的最新聚合工藝和技術微乳液聚合與超微乳液聚合微乳液聚合與普通乳液聚合的差別是在體系中引人了助乳化劑，并采用了高速攪拌法、高壓均化法和超聲波分散法等微乳化工藝。微乳液聚合凝聚物量較少，可提高產(chǎn)率，避免粘釜。其聚合反應速度很快，生成的聚合物粒子非常小，大約在2040nm。微乳液聚合乳液及超微乳液聚合乳液由于其高穩(wěn)定性，粒徑大小均一以及速溶的特點，在克服常規(guī)聚合體系中存在的一些問題、控制相對分子質量及其分布方面具有潛在的優(yōu)勢。第25頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3改善乳液性能的最新聚合工藝和技術其他乳液聚合方法除上面介紹的幾種乳液聚合技術之外，還有互穿網(wǎng)絡聚合、基因轉移聚合、超濃乳液聚合、反相乳液及反相微乳液聚合、定向乳液聚合、輻射乳液聚合等。第26頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3乳液性能的影響因素乳化劑的配比對乳液性能的影響乳化劑對乳液的穩(wěn)定性和粒徑大小有很大的影響。合成乳液的乳化劑通常為非離子型乳化劑和陰離子型乳化劑的復配物，這是因為單獨采用非離子型乳化劑，乳液對電解質的化學穩(wěn)定性良好，但會使聚合速度減慢，且因為乳化能力弱，聚合中易生成凝塊；單獨采用陰離子型乳化劑，乳液粒徑小、黏度大、聚合穩(wěn)定性好，但在電解質中的化學穩(wěn)定性差。將兩者復配使用，可以產(chǎn)生協(xié)同效果，并且用量減少。第27頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3乳液性能的影響因素軟硬單體配比對乳液性能的影響硬單體可以賦予乳液涂層較高的玻璃化溫度、強度、硬度和一定的光澤，同時能使涂層耐刮擦、耐玷污，但過多時，將使聚合物的內(nèi)聚力下降，硬度上升，耐水性變差。軟單體賦予涂層柔韌性和耐水性，從而使聚合物在低溫下有良好的使用性。軟單體含量高時，乳液粒徑減小，水中形成的乳液穩(wěn)定，涂膜的柔韌性、附著力提高，但當軟單體含量過高，可造成涂膜硬度和強度下降且膜太粘，不易干燥，不耐洗刷和污染，難以用于涂料。第28頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3乳液性能的影響因素引發(fā)劑用量對乳液性能的影響乳液聚合過程中，引發(fā)劑的用量直接影響到聚合反應的速度和聚合物分子量的大小。引發(fā)劑用量加大，體系中自由基數(shù)目增多，成核粒子數(shù)增多，并導致乳膠粒子的粒徑減??；引發(fā)劑用量太小，引發(fā)自由基少，聚合反應慢最終轉化率低；引發(fā)劑用量太大，聚合反應太快，反應熱不易排除，而使聚合體系難以控制。第29頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三合成3乳液性能的影響因素其他影響因素除上述影響因素外，影響聚丙烯酸酯乳液性能的因素還有乳化劑用量、反應溫度、反應時間、攪拌速度、pH值等。第30頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三改性4聚丙烯酸酯乳液的改性有機氟改性

氟原子具有最小的原子半徑和最大的電負性，因此與碳原子結合后碳氟鍵的鍵能非常大；氟原子在聚合物成膜時，會產(chǎn)生分子重排現(xiàn)象，使氟原子緊密地排布在聚合物的表面。全氟基團（-CF3)擁有較低的表面自由能。氟化丙烯酯的反應焓等熱力學性質與丙烯酸酯相近，聚合條件溫和，且能夠和許多乙烯類單體共聚合。因為有機氟具備以上四個性質，因此通過聚合的方法在聚丙烯酸酯乳液中引入氟原子能夠有效地防止聚合分子中碳原子以及碳鏈的暴露，并能夠顯著降低涂料的表面能，從而使乳液表現(xiàn)出優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、自清潔性、耐水性、抗氧化性以及良好的耐候性等性能。第31頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三改性4聚丙烯酸酯乳液的改性納米改性因為納米材料是具有表面效應、光學效應、小尺寸效應、量子尺寸效應等特殊性能的材質，將其應用于材料中能夠增大材料的硬度并同時能夠提高材料的耐擦洗性、耐溶劑性和耐熱性等方面的性能。聚氨酯改性聚氨酯水分散體系具有粘結力強、彈性佳、耐磨性及耐低溫性好等優(yōu)點，但其在耐候性、耐水性以及物理強度等方面的性能不及丙烯酸酯乳液。因此將兩者通過聚合的方式得到的聚氨酯改性聚丙烯酸酯乳液，能夠結合兩者的優(yōu)點。

第32頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三改性4聚丙烯酸酯乳液的改性納米改性因為納米材料是具有表面效應、光學效應、小尺寸效應、量子尺寸效應等特殊性能的材質，將其應用于材料中能夠增大材料的硬度并同時能夠提高材料的耐擦洗性、耐溶劑性和耐熱性等方面的性能。聚氨酯改性聚氨酯水分散體系具有粘結力強、彈性佳、耐磨性及耐低溫性好等優(yōu)點，但其在耐候性、耐水性以及物理強度等方面的性能不及丙烯酸酯乳液。因此將兩者通過聚合的方式得到的聚氨酯改性聚丙烯酸酯乳液，能夠結合兩者的優(yōu)點。

第33頁，講稿共36頁，2023年5月2日，星期三改性4聚丙烯酸酯乳液改