白乳胶的制备

白乳胶的制备黄鹏PB10206252中国科学技术大学高分子科学与工程系230026【摘要】白乳胶是俗称，是一种水溶性粘合剂，是由醋酸乙烯单体在引发剂作用下经聚合反应而制得的一种热塑性粘合剂。广泛用于墙体表面的涂料等领域，在本实验中我们使用的是乳液聚合的方法制备这种工业上很有用的粘合剂。【关键词】白乳胶，乳液聚合，乙酸乙烯【前言】本实验我们主要是了解乳液聚合的基本原理和乙酸乙烯的乳液聚合的特点；掌握乳液聚合的实验技术。乳液聚合顾名思义就是在溶液的液滴中进行的聚合反应，乳液聚合具有反应比较容易控制，反应热散去比较容易等优点，广泛用于各种聚合物的合成。【实验原理】乳化剂分子具有两亲性的化学结构，一端是亲水基团，一端是疏水基团，所以可以使得油（单体）均匀，稳定的分散在水中而不分层。乳化剂分子的溶液浓度达到一定的数值的时候就可以形成胶束，该浓度就称为临界胶束浓度，此时溶液的很多物理性质发生突变。大多数的乳液聚合反应体系中，乳化剂的浓度在百分之二到三之间，超过CMC值的1-3个数量级。乳化剂能够降低界面的张力，使得单体容易分散为小液滴，在微粒表面形成保护层，阻止微粒凝聚；大量的胶束的存在还可以增溶单体。常见的乳化剂分为阴离子型，阳离子型和非离子型。阴离子型的乳化剂在碱性溶液中稳定，遇到酸和金属离子的时候会生成不溶于水的酸和金属盐，使乳化剂失效。阳离子型的乳化剂乳化能力差，且容易影响引发剂分解，在pH值小于7的条件下使用。非离子型的乳化剂的亲水部分为聚环氧乙烷链段，它常与阴离子乳化剂配合使用，可以提高乳化剂的抗冻能力，改善聚合物粒子的大小和分布。不同的单体在水中的溶解度不一样，如乙酸乙酯，甲基丙烯酸甲酯，丁二烯和苯乙烯在水中的溶解度分别是百分之二点五，百分之一点五，百分之零点零八和百分之零点零四。这会影响到乳液聚合反应。极少部分单体溶解在水中，另有一小部分增溶在胶束中。甲基丙烯酸甲酯，丁二烯和苯乙烯，增溶部分分别是水溶部分的二点五和四十倍，乙酸乙烯酯却只有百分之几。乙酸乙烯酯乳液聚合机理与一般乳液聚合机理相似，但是乙酸乙烯酯在水中有较高的溶解度，而且容易水解，产生的乙酸会干扰聚合，因而具有一定的特殊性。乙酸乙烯酯的自由基比苯乙烯自由基更加活泼，链转移反应更加显著。生产中习惯使用聚乙烯醇来保护胶体，实际上常常同时使用乳化剂，以起到更好的乳化效果和稳定性。本实验中采用聚乙烯醇作为胶体稳定性，乳化剂OP-10起到辅助作用。使用的引发剂为过硫酸盐，为了聚合反应进行得较为平稳，单体和引发剂均需分批加入。i【化学试剂和仪器】化学试剂：聚乙烯醇，乳化剂OP-10，乙酸乙烯醇，过硫酸铵，碳酸氢钠，领苯二甲酸二丁酯。实验配方：70ml主单体聚乙烯醇PVA-17886g保护胶体去离子水90ml分散介质过硫酸铵1g引发剂（水溶性过硫酸盐）OP-1016滴乳化剂碳酸氢铵2.75gPH调节剂邻苯二甲酸二丁酯10g增塑剂实验仪器设备：机械搅拌器，回流冷凝管，温度计，三口瓶，滴液漏斗，通氮气系统。【实验步骤】向装有机械搅拌器，回流冷凝管，滴液漏斗和温度计的三口瓶中加入6g聚乙烯醇和1g乳化剂OP-10，加入78ml的蒸馏水，搅拌使其溶解后再加入20g乙酸乙烯酯。将1g过硫酸铵溶解5ml蒸馏水中，取一半加入到反应瓶中，通氮气，水浴加热，控制反应温度在65摄氏度-70摄氏度之间。用滴液漏斗将40g乙酸乙烯酯单体在0.5h之内逐滴加入到反应瓶中，再加入剩余的过硫酸铵溶液，然后逐滴加入另外的20g乙酸乙烯酯。投料完毕以后继续加热回流，缓慢升温以产生大量泡沫为准，最后升温至90摄氏度-95摄氏度，反应至无单体回流为止。反应过程中，由于引发剂的分解导致溶液呈酸性，若pH值小于2时，可加入少量饱和碳酸氢钠溶液。反应液冷却至50摄氏度，滴加饱和碳酸氢钠溶液使溶液pH值为4-6，再加入10g领苯二甲酸二乙酯搅拌冷却，此白色乳液可直接作为粘合剂使用，也可加入水稀释并混入色料，制成各种油漆（乳胶漆）。实验装置图：【实验分析和思考】通过查询资料知道白乳胶的优点和缺点如下：白乳胶的优点：成本低廉、无毒、无刺激性气味、使用方便、无环境污染、节省资源。白乳胶的缺点：耐水性、耐热性、抗冻性及蠕变性差。实验现象：使用乳液聚合制备白乳胶的时候在加入PVA和领苯二甲酸二乙酯以后并搅拌以后就使得体系的颜色发生了变化，逐渐变成白色。试验中我们需要控制反应温度这个和我们使用的反应制备方法有关，我们使用的是乳液聚合方法，需要将反应体系分散到整个溶液中，温度太高的话会使得乳液滴会凝聚和沉积影响反应。而pH值会使得反应体系的酯类保持稳定，碱性太强会使得聚合物水解，而酸性太高则会使得引发剂的稳定性下降，使得引发反应较为困难。如今白乳胶的使用进入了各行各业，而且白乳胶的制备方法也越来越多，现在也会有环保可降解的白乳胶原料和制品出现极大的丰富了白乳胶产业。WhitelatexemulsionpolymerizationPengHuangPB10206252PolymerScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnologyofChina230026【Abstract】Whitelatexiscommonlyknown,isawater-solublebinder,vinylacetatemonomerintheroleofinitiatorobtainedbypolymerizationofathermoplasticbinder.Widelyusedforwallsurfacecoatingsandotherfields,weuseinthisexperimentispreparedbytheemulsionpolymerizationmethodoftheadhesiveusedinsuchindustrialuseful.【Key】Whitelatexemulsionpolymerizationvinylacetatei何卫东.《高分子化学实验》.中国科学技术大学.合肥.2003.77-78.