苯丙乳液的合成方法与步骤

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单体是形成聚合物的基础，决定着其乳液产品的物理、化学及机械性能[5]。合成苯丙乳液的共聚单体中，苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等为硬单体，赋予乳胶膜内聚力而使其具有一定的硬度、耐磨性和结构强度；丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯等为软单体，赋予乳胶膜以一定的柔韧性和耐久性。丙烯酸为功能性单体，可提高附着力、润湿性和乳液稳定性，并赋予乳液一定的反应特性，如亲水性、交联性等。除了丙烯酸以外，功能性单体还有丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯腈等。

单体的组成，特别是硬单体与软单体的比例，会使苯丙乳液的许多性能发生变化，其中zui重要的是乳胶膜的硬度和乳液的zui低成膜温度会有显著的变化。共聚单体的组成与所得共聚物的玻璃化温度Tg的关系如下式所示：

式中wi为共聚物中各单体的质量分数，Tg为共聚物玻璃化温度（单位为K），Tg i为共聚物中各单体的均聚物的玻璃化温度。共聚物的玻璃化温度Tg愈高，膜就越硬；反之Tg越低，膜越软。调节苯丙乳液的共聚单体的种类及它们之间的比例，可合成具有不同玻璃化温度Tg的乳液，用于涂料、粘合剂等行业[6]。

本实验用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸进行四元乳液共聚，合成苯丙乳液。聚合引发剂为过硫酸钾，采用阴离子型十二烷基*和非离子型OP－10的混合乳化剂。聚合工艺采用单体预乳化法，并连续滴加预乳化单体和引发剂溶液。

（一）主要药品与仪器

苯乙烯 31.1 mL

甲基丙烯酸甲酯 31.5 mL

丙烯酸丁酯 31.4mL

丙烯酸 2.7mL

OP－10 3.4g

十二烷基* 3.4g

碳酸氢钠 1.5g

过硫酸钾 1.5g

氨水

四颈瓶 (250mL) 1个

圆底烧瓶 (500mL) 1个

冷凝管

滴液漏斗 2个

Y型管 1支

电动搅拌器 1套

恒温浴 1套

温度计 2支

（二）实验步骤

（1）单体预乳化

在500mL圆底烧瓶中，加入100 mL 水，1.5 g碳酸氢钠，3.4g十二烷基*，3.4g OP－10，搅拌溶解后再依次加入2.7 g (2.7mL) 丙烯酸，12.7g (13.2mL)甲基丙烯酸甲酯，27.5g (31.1mL) 丙烯酸丁酯，28.3g (31.4mL)苯乙烯，室温下搅拌30 min。

（2）聚合

称取1.5g过硫酸钾于锥形瓶中，用30mL 水溶解配成引发剂溶液，置于冰箱中备用。

在如图5-2所示的聚合反应装置中注，加入40mL 单体预乳化液，搅拌并升温至78℃后滴加8mL引发剂溶液, 约20min滴完。然后同时分别滴加剩余的单体预乳化液和14mL引发剂溶液，2.5h内滴完。再在30min内滴完剩余的8mL引发剂溶液。缓慢升温至90℃，熟化1h，冷却反应液至60℃，加氨水调pH值至8，出料

注：Y型管同时接上二只滴液漏斗，一只用于滴加单体预乳化液，另一只用于滴加引发剂溶液

（3）性能测定[7]

转化率测定：称取少量乳液（～2g）于培养皿中，再加入微量阻聚剂对苯二酚，放入120℃烘箱中，干燥2h，取出冷却后再称重，计算单体总转化率。

凝胶率：将制备的乳液过滤，残余物置于烘箱中烘干称重，则凝胶率为：

化学稳定性测定：用5％CaCl2溶液滴定20mL的乳液，观察是否出现絮凝、破乳现象。

玻璃化温度Tg的测定：将一定量乳液置于烧杯中，加入甲醇使聚合物沉淀，经洗涤和干燥后得到聚合物，用DSC仪测定其玻璃化转变温度Tg。

（4）结构表征

聚合物经THF溶解后，采用涂膜法进行红外光谱测定，指出聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯的特征吸收峰。

（三）思考题

假设单体的转化率为100%，计算所得共聚物的玻璃化温度，并与实测值比较。

主要参考文献 

1 邓云祥，刘振兴，冯开才. 高分子化学、物理和应用基础. 北京：高等教育出版社，1997

2 D.布劳恩, H.切尔德龙，W.克恩著. 黄葆同等译校. 聚合物合成和表征技术. 北京：科学出版社，1981

3 余学海，陆云. 高分子化学. 南京：南京大学出版社，1994

4 Stevens M P. Polymer Chemistry. 3rd ed. New York: Oxford University Press, 1999. 199

5 冯俊忠等. 现代涂料与涂装. 1997, 2：12

6 刘国杰. 涂料应用科学与工艺学. 北京：中国轻工业出版社，1994

7 侯有军等. 离子交换与吸附. 2002, 18（4）：310