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苯乙烯-丙烯酸正丁酯复合乳液的制备
实验2-8 苯乙烯-丙烯酸正丁酯复合乳液的制备
一、实验目的
1. 了解复合乳液聚合的特点;
2. 掌握制备核/壳结构复合聚合物乳液的方法。
二、实验原理
合成复合聚合物乳液的方法实际上是种子乳液聚合(或称多阶段乳液聚合),即首先通过一般乳液聚合制备第一单体的聚合物乳液做为种子乳液(核聚合),然后在种子乳液存在下,加入第二单体(或几种单体的混合物)继续聚合(壳聚合),这样就形成了以第一单体的聚合物为核,第二单体的聚合物为壳的核/壳结构的复合聚合物乳液,复合乳液聚合与种子乳液聚合的差别在于前者是采用不同种单体,而后者采用同种单体。如果以苯乙烯(St) 为主单体,同时加入少量的丙烯酸(AA) 单体进行核聚合,而以丙烯酸正丁酯(n-BA)为单体,同时加入少量的丙烯酸(AA) 单体进行壳聚合,即得到以聚苯乙烯(PS)为核、聚丙烯酸正丁酯(PBA) 为壳的核/壳结构的复合聚合物乳液。在第一阶段聚合中合成的聚苯乙烯(PS) 乳胶粒作为种子,再加入第二单体丙烯酸正丁酯(n-BA)、引发剂过硫酸钾(KPS)和少量乳化剂进行第二阶段乳液聚合时,此时的聚合机理按接枝涂层理论机理进行。即单体n-BA 富集在种子乳胶粒PS 的周围, PS 乳胶粒成为n-BA 单体聚合的主要场所,所生成的聚合物PBA 富集在PS 的周围而形成以PS 为核,PBA 为壳的核/壳结构聚合物,且核壳之间存在着
PS-PBA 接枝共聚物,理想情况下不生成新的乳胶粒。由于在聚合过程中形成了少量的PS-PBA 接枝共聚物使得核/壳结构的复合聚合物的性能优于任何一种均聚物 PS 或 PBA 和 PS-PBA 无规共聚物的性能。如耐水性能、耐溶剂性能、软化点、弹性和机械强度等均有大幅度提高。特别是用于外墙涂料的基料,其最低成膜温度(FMT)、玻璃化温度(Tg)低、附着力好、耐水性能好、光泽度高、大大改善了夏季回粘性,从而提高了涂料的性能并延长了施工期。由此可见,制备复合聚合物是对聚合物改性的一种方法。
三、实验仪器及试剂
四口瓶,回流冷凝管,滴液漏斗,温度计,电动搅拌器,移液管,恒温水浴苯乙烯,碳酸氢钠,丙烯酸正丁酯,邻苯二甲酸二丁酯,丙烯酸,壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10),过硫酸钾,十二烷基硫酸钠(SDS)
四、实验步骤
1. 单体预乳化
在装有搅拌器、回流冷凝管和温度计的 250 mL 四口瓶中加入去离子水 45 mL, 乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS) 、壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10) 。水浴加热至 50~60℃,搅拌,当乳化剂完全溶解后加入核单体(20 mL 苯乙烯和1 mL 丙烯酸),使单体乳化30~40 min。倾倒出已预乳化的核单体备用。
在上述装置中加入去离子水 15 mL,乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS) g、壬基酚
聚氧乙烯基醚(OP-10) 。水浴加热至50~60℃,搅拌,当乳化剂完全溶解后加入壳
单体( 丙烯酸正丁酯和 丙烯酸),使单体乳化 30~40 min。倾倒出已预乳化的壳单体备用。
(核聚合)
在上述装置中加入引发剂溶液 8 mL ( 过硫酸钾溶于20 mL 去离子水中, %的引发剂