精細(xì)化工課程設(shè)計(jì) 聚丙烯酸酯的配制與性能研究目錄1、前言31.1 產(chǎn)品簡介.31.2 發(fā)展趨勢(shì).31.3 性能表征.32、文獻(xiàn)綜述42.1 配原理剖析和配方技術(shù).42.2 性能研究52.2.1 乳化劑用量對(duì)性能的影響52.2.2 引發(fā)劑用量對(duì)性能的影響63、實(shí)驗(yàn)63.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?623.2 實(shí)驗(yàn)方案.73.2.1 配方設(shè)計(jì)原則.73.2.2 參考配方93.2.3 性能評(píng)價(jià)方法 .9參考文獻(xiàn).9 聚丙烯酸酯的配制與性能研究摘要：丙烯酸酯類共聚物乳液是丙烯酸酯類或甲基丙烯酸酯類與其它乙烯基酯類單體進(jìn)行乳液聚合的產(chǎn)物。以甲基丙烯酸甲酯（MMA） 、丙烯酸丁酯（BA ） 、丙烯酸（AA）為單體，以十二烷基苯磺酸鈉為乳化劑，當(dāng) m（BA）：m （AA）=33:17:1，通過乳液聚合制得丙烯酸酯類乳液，再加入填料及各種助劑，經(jīng)過高速攪拌、均質(zhì)而出料。并且討論乳化劑及引發(fā)劑用量對(duì)乳液聚合、乳液及涂料性能的影響。關(guān)鍵詞：丙烯酸酯系乳液 涂料 乳液聚合 課程設(shè)計(jì)1、前言1.1 產(chǎn)品簡介該系乳液通常指丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯，常常也用少量的丙烯酸或甲基丙烯酸等共聚的乳液，其突出的優(yōu)點(diǎn)是具有十分優(yōu)異的耐候性、保色性和保光性，具有比醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚乳液更好的耐水性、耐堿性和抗污性。對(duì)顏料的粘結(jié)能力比較大、施工性能良好。因此，該系涂料發(fā)展迅速，已成為目前品種多、用途廣的一大類，可用作室內(nèi)外用的無光、半光和有光乳液涂料。其乳液也可用于木門窗、木制家具，現(xiàn)已發(fā)展到用語金屬表面。在紙張、紡織品、皮革等方面也有廣泛的的應(yīng)用目前，應(yīng)用最多的是(甲基)丙烯酸酯類共聚物、醋酸乙烯(甲基)丙烯酸酯類共聚物和苯乙烯(甲基) 丙烯酸酯類共聚物乳液。1.2 發(fā)展趨勢(shì)近幾年我國乳膠涂料在建筑內(nèi)外墻、頂棚裝飾中的應(yīng)用發(fā)展較快，以聚乙烯醇3縮甲醛為基礎(chǔ)的內(nèi)墻涂料價(jià)格便宜，興旺了幾年，但由于其耐水性差，且內(nèi)含游離甲醛量超標(biāo)，用量逐漸減少，趨于完全淘汰。醋酸乙烯、乙烯一醋酸乙烯乳膠涂料雖然樹脂中一般不含甲醛，價(jià)格適中，但耐水性和皂化性差 。而丙烯酸酯類乳膠涂料具有十分優(yōu)異的耐候性、保色性和保光性，具有比醋酸乙烯一丙烯酸酯類涂料更好的耐水性、耐堿性和抗污性。對(duì)顏料的黏結(jié)能力大，施工性能好2】 。因此，該系涂料發(fā)展迅速，用途廣泛，主要可用作室內(nèi)外用的無光、半光、有光乳液涂料。1.3 性能表征（1）耐光性 （2）耐酸堿性 （3）耐腐蝕性 （4）耐水性（5）耐候性（6）耐污性2.1 配方原理剖析和配方技術(shù) 乳液聚合(emulsion polymerization)是高分子合成過程中常用的一種合成方法，因?yàn)樗运魅軇?，?duì)環(huán)境十分有利。在乳化劑的作用下并借助于機(jī)械攪拌,使單體在水中分散成乳狀液,由引發(fā)劑引發(fā)而進(jìn)行的聚合反應(yīng)。乳 液 聚 合 機(jī) 理1 乳 化 體 系 各 組 分 在 各 相 中 的 分 布 情 況 2 成 核 期 根 據(jù) 聚 合 反 應(yīng) 速 率 、 及 體 系 中 單 體 液 滴 、 乳 膠 粒 、 膠 束 數(shù) 量 的 變 化 情 況 ， 可將 乳 液 聚 合 分 為 三 個(gè) 階 段 。 第 一 階 段 稱 乳 膠 粒 形 成 期 ， 或 成 核 期 、 加 速 期 ， 直 至 膠 束 消 失 。 第 二 階 段 稱 恒 速 期 。 第 三 階 段 稱 降 速 期 。 組 成 與 作 用1 單 體 2 水 3 引 發(fā) 體 系 引 發(fā) 體 系 主 要 是 油 溶 性 或 水 溶 性 引 發(fā) 劑 。 油 溶 性 引 發(fā) 劑 主 要 有 偶 氮 引 發(fā) 劑和 過 氧 類 引 發(fā) 劑 ， 偶 氮 類 引 發(fā) 劑 有 偶 氮 二 異 丁 腈 、 偶 氮 二 異 庚 腈 、 偶 氮 二異 戊 腈 、 偶 氮 二 環(huán) 己 基 甲 腈 、 偶 氮 二 異 丁 酸 二 甲 酯 引 發(fā) 劑 等 ， 水 溶 性 引 發(fā)劑 主 要 有 過 硫 酸 鹽 、 氧 化 還 原 引 發(fā) 體 系 、 偶 氮 二 異 丁 脒 鹽 酸 鹽 （ V-50 引 發(fā)劑 ） 、 偶 氮 二 異 丁 咪 唑 啉 鹽 酸 鹽 （ VA-044 引 發(fā) 劑 ） 、 偶 氮 二 異 丁 咪 唑 啉（ VA061 引 發(fā) 劑 ） 、 偶 氮 二 氰 基 戊 酸 引 發(fā) 劑 等 。 4 乳 化 劑 乳 化 劑 是 可 使 互 不 相 容 的 油 與 水 轉(zhuǎn) 變 成 難 以 分 層 的 乳 液 的 一 類 物 質(zhì) 。 乳 化 劑通 常 是 一 些 親 水 的 極 性 基 團(tuán) 和 疏 水 （ 親 油 ） 的 非 極 性 基 團(tuán) 兩 者 性 質(zhì) 兼 有 的 表面 活 性 劑 。 4(1)種 類 (i)陰 離 子 型 :親 水 基 團(tuán) 一 般 為 -COONa, -SO4Na, -SO3Na 等 ,親 油 基 一 般 是C11C17 的 直 鏈 烷 基 ,或 是 C3C6 烷 基 與 苯 基 或 萘 基 結(jié) 合 在 一 起 的 疏 水 基 ; (ii)陽 離 子 型 :通 常 是 一 些 胺 鹽 和 季 銨 鹽 (iii)兩 性 型 :氨 基 酸 ( )非 離 子 型 :聚 乙 烯 醇 ,聚 環(huán) 氧 乙 烷 等 乳 液 聚 合(2)作 用 (i)降 低 表 面 張 力 ,便 于 單 體 分 散 成 細(xì) 小 的 液 滴 ,即 分 散 單 體 ; (ii)在 單 體 液 滴 表 面 形 成 保 護(hù) 層 ,防 止 凝 聚 ,使 乳 液 穩(wěn) 定 ; (iii)增 溶 作 用 (3)主 要 參 數(shù) (i)臨 界 膠 束 濃 度 (簡 稱 CMC):CMC 越 小 ,越 易 形 成 膠 束 ,乳 化 能 力 越 強(qiáng) . (ii)親 水 親 油 平 衡 值 (HLB 值 ):8-18 為 宜 (iii)三 相 平 衡 點(diǎn) 與 濁 點(diǎn)乳 膠 涂 料將 制 備 的 乳 液 配 入 顏 料 、 填 料 及 各 種 助 劑 如 分 散 劑 （ 顏 料 分 散 和 防 止 再 凝 聚 ）、 增 稠 劑 （ 調(diào) 節(jié) 涂 料 粘 度 和 涂 裝 作 業(yè) 性 ） 、 消 泡 劑 （ 制 造 和 涂 裝 時(shí) 消 泡 ） 、防 腐 劑 （ 防 止 貯 存 中 發(fā) 生 腐 敗 ） 、 防 凍 劑 (改 進(jìn) 凍 -融 穩(wěn) 定 性 )、 防 霉 劑 （ 防止 涂 膜 長 霉 ） 等 經(jīng) 過 高 速 攪 拌 、 均 值 而 成 乳 膠 涂 料 。配 置 流 程5配料預(yù)混合 分散混合調(diào)和和和調(diào)節(jié)粘度過濾包裝清泡劑 水粗粒子成膜助劑增塑劑乳液消泡劑防霧劑增稠劑防腐劑潤濕劑分散劑顏料2.2 性能研究2.2.1 乳化劑用量對(duì)性能的影響乳化劑濃度的大小，關(guān)系到形成乳化膠量的多少，不但直接影響乳膠粒的粒徑而且直接影響到乳液的粒子形態(tài)的構(gòu)成。隨著乳化劑用量的增加，乳液透明性變好，粒徑變小，體系的粘度增大；但當(dāng)其用量過大時(shí)，形成的粒子過小，表面能過大，乳膠粒間的凝聚傾向增大，乳液的粘度過大，影響使用和施工。而當(dāng)乳化劑用量較小時(shí)，乳化劑濃度降低，膠粒數(shù)目減少，粒度增大，最終生成大粒子，凝聚物增多，乳液外觀較差。2.2.2 引發(fā)劑用量對(duì)性能的影響丙烯酸酯類乳液聚合大多數(shù)屬自由基聚合反應(yīng)，常用水溶性的過硫酸銨作為引發(fā)劑 。引發(fā)劑的用量少，聚合反應(yīng)速度低，單體轉(zhuǎn)化率低，乳液中單體的殘留過大，單體味重；引發(fā)劑的用量大，則聚合不平穩(wěn)，形成的自由基多，控制不當(dāng)易產(chǎn)生大顆粒，且可能導(dǎo)致乳液中親水性粒子增多而使涂膜的耐水性下降 。3、實(shí)驗(yàn)3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉聚丙烯酸酯乳液的合成方法；2.進(jìn)一步熟悉乳液聚合的原理；3. 掌握聚丙烯酸酯乳膠涂料的配制方法4.了解聚丙烯酸酯乳液涂料的性質(zhì)和用途。 63.2 實(shí)驗(yàn)方案3.2.1 配方設(shè)計(jì)原則 1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 試劑與儀器甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)、十二烷基苯磺酸鈉、過硫酸銨、乙二醇等均為分析純；滑石粉、羧甲基纖維素、六偏磷酸鉀等均為工業(yè)品。PHS 一 3C 型酸度計(jì)；XNDI 一 4 型涂一 4 涂料粘度計(jì)。1.2 1乳液聚合工藝乳化劑在水中溶解后，加熱升溫至 6o ，加入引發(fā)劑過硫酸銨和 10的單體升溫至 7O，若沒有顯著的放熱反應(yīng)，則逐步升溫直至放熱反應(yīng)開始，待溫度至 8O82 ，將余下的混合單體緩慢而均勻的加入(約 34 h 滴加完)，以單體滴加速度來控制回流和速度。單體加完后，在 30 min 內(nèi)將溫度升至 97 ，并恒溫 30 min，然后冷卻，用氨水調(diào)節(jié) pH 為 89。2. 涂料的制備將乙二醇、羧甲基纖維素、水預(yù)混合，再加入六偏磷酸鉀、滑石粉，高速攪拌約 20 min，然后在較慢速度下加入純丙烯酸酯乳液、水及羧甲基纖維素，加速攪拌，均質(zhì)即可。2 結(jié)果與討論21 乳化劑用量的影響實(shí)驗(yàn)選擇常用的陰離子型乳化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，添加量為單體用量的 1 一 2。不同的乳化劑用量對(duì)乳液聚合穩(wěn)定性及性能的影響見表 1。表 1 乳化劑用量對(duì)乳液聚合穩(wěn)定性及性能的影響由表 1 可知，隨著乳化劑用量的增加，乳液透明性變好，粒徑變小，體系的粘度增大；但當(dāng)其用量過大時(shí)，形成的粒子過小，表面能過大，乳膠粒間的凝聚傾向增大，乳液的粘度過大，影響使用和施工。而當(dāng)乳化劑用量較小時(shí)，乳化劑濃度降低，膠粒數(shù)目減少，粒度增大，最終生成大粒子，凝聚物增多，乳液外觀較差。7乳化劑用量在 15左右較好。22 引發(fā)劑用量的影響表 2 引發(fā)劑用量對(duì)乳液聚合穩(wěn)定性和乳液性能的影響由表 2 可知，丙烯酸酯類乳液聚合大多數(shù)屬自由基聚合反應(yīng)，常用水溶性的過硫酸銨作為引發(fā)劑 。引發(fā)劑的用量少，聚合反應(yīng)速度低，單體轉(zhuǎn)化率低，乳液中單體的殘留過大，單體味重；引發(fā)劑的用量大，則聚合不平穩(wěn)，形成的自由基多，控制不當(dāng)易產(chǎn)生大顆粒，且可能導(dǎo)致乳液中親水性粒子增多而使涂膜的耐水性下降 。引發(fā)劑用量低于 015時(shí)，乳液合成的穩(wěn)定性較差，凝聚物較多，轉(zhuǎn)化率低，單體味重；當(dāng)其用量高于 025時(shí)，轉(zhuǎn)化率并沒有提高，而過多引發(fā)劑的加入，不但會(huì)影響涂膜的耐水性，而且會(huì)影響涂膜的抗老化性。因此，合適的用量為單體量 02 左右。23 丙烯酸酯類乳液及其采用本涂料的性能指標(biāo)表 3 實(shí)驗(yàn)制備的乳液性能指標(biāo)表 4 丙烯酸醢聚合乳液配制的乳膠涂料性能指標(biāo)由表 4 可知，本實(shí)驗(yàn)制備的丙烯酸酯聚合乳液配制的外墻乳膠涂料，其性能優(yōu)異，以水為分散介質(zhì)，不污染環(huán)境，安全無毒，屬環(huán)境友好型涂料，且施工方8便，干燥時(shí)間短，可縮短施工周期，揮發(fā)性有機(jī)物含量低，是真正環(huán)保型涂料，將具有廣闊的應(yīng)用前景。3 結(jié)論采用連續(xù)滴加的乳液聚合工藝，當(dāng) m(BA)：m(MMA)：m(AA)=33：17：1， 以過硫酸銨為引發(fā)劑，十二烷基苯磺酸鈉為乳化劑時(shí)，可制備出優(yōu)異的乳液，用其配制的外墻乳膠涂料揮發(fā)性有機(jī)物含量低，綜合性能良好。3.2.2 參考配方四口燒瓶、攪拌器、溫度計(jì)、冷凝管、滴液漏斗、水浴鍋、砂磨機(jī)、塑料杯醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、乳化劑 OP-10、去離子水、過硫酸氨、碳酸氫鈉、丙二醇、鈦白粉、碳酸鈣、磷酸三丁酯3.2.3 性能評(píng)價(jià)方法1 乳液性能檢測(cè)1.1 pH 值采用 PHS 一 3C 型酸度計(jì)測(cè)定。1.2 粘度用 XNDI 一 4 型涂一 4 涂料粘度計(jì)測(cè)定。1.3 固含量按 GBTl72579 測(cè)定。1.4 稀釋穩(wěn)定性將 10 mL 乳液加入到 40 mL 去離子水中，用玻璃棒輕輕攪拌均勻，密封后靜置 48 h，觀察是否分層或破乳。1.5 機(jī)械穩(wěn)定性 將一定量的乳液裝入小燒杯中，用攪拌機(jī)高速攪拌 30 rain，觀察是否分層或