醋酸乙烯酯的乳液聚合

乙酸乙烯酯的乳液聚合

一、 实验目的

1. 了解乳液聚合的特点、体系组成及各组分的作用； 2. 掌握醋酸乙烯酯的乳液聚合的基本实验操作方法； 3. 根据实验现象对乳液聚合各过程的特点进行对比。 二、 实验原理

单体在水相介质中，由乳化剂分散成乳液状态进行的聚合，称为乳液聚合。其主要成份是单体、水、引发剂和乳化剂。引发剂常采用水溶性引发剂。乳化剂是乳液聚合的重要组份，它可以使互不相溶的油/水相转变为相当稳定难以分层的乳浊液。乳化剂分子一般由亲水的极性基团和疏水的非极性基团构成，根据极性基团的性质可以将乳化剂分为阳离子型、阴离子型、两性和非离子型四类。

乳化剂的选择对稳定的乳液聚合十分重要，它起到降低溶液表面张力，使单体容易分散成小液滴，并在乳胶粒表面形成保护层，防止乳胶粒凝聚的作用。醋酸乙酯（VAc）的乳液聚合最常用的乳化剂是非离子型乳化剂聚乙烯醇（PVA）。聚乙烯醇主要起到保护胶体作用，防止粒子相互合并。由于其不带电荷，对环境和介质的pH不敏感，形成的乳胶粒较大。而阴离子型乳化剂，如烷基磺酸钠RSO3Na（R=C12~C18）或烷基苯磺酸钠RPhSO3Na（R=C7~C14），由于乳胶粒外负电荷的相互排斥作用，使乳液具有较大的稳定性，形成的乳胶粒子小，乳液粘度大。本实验将非离子型乳化剂聚乙烯醇与OP—10按一定的比例混合使用，以制备EVA聚合物白乳胶。

醋酸乙烯酯胶乳广泛应用于建材、纺织、涂料等领域，主要作为粘合剂使用，既要有较好的粘结性，而且要求粘度低，固含量高，乳液稳定。聚合反应采用过硫酸钾为引发剂，按自由基聚合的反应历程进行聚合，主要的聚合反应式如下：

1. 链的引发

OO

KOOOOK

OO

O

2KOO

O

.

O

2KOO

O

.+

H2CCH

OOCH3

OH2

KOOCOCO3

.

2. 链的增长

H2

mH2CKOOC+OOCH3

.

OCH3

OKOO

O

H2

CCHnOOCH3CH3

.

3. 链的终止

为使反应平稳进行，单体和引发剂均需分批加入。此外，由于醋酸乙烯酯聚合反应放热放热较大，反应温度上升显著，也应采用分批加入引发剂和单体的方法。本实验分两步加料反应。第一步加入少许的单体、引发剂和乳化剂进行预聚合，可生成颗粒很小的乳胶粒子。第二步，继续滴加单体和引发剂，在一定的搅拌条件下使其在原来的形成的乳胶粒子上继续长大。由此得到的乳胶粒子，不仅粒度较大，而且粒度分布均匀。这样保证了胶乳在高固含量的情况下，仍具有较低的粘度。

三、 实验仪器及试剂 1. 仪器

三口瓶或四口瓶 1个 搅拌器 1套 超级恒温槽 1只 量筒 3只 球形冷凝管 1只 烧杯 3只 温度计 1支 玻璃棒 1根 2. 试剂

乙酸乙烯酯（新鲜蒸馏） 化学纯 过硫酸钾 化学纯 10%的聚乙烯醇（PVA-1788）溶液 化学纯 OP-10（烷基酚的环氧乙烷缩合物） 化学纯

碳酸氢钠 化学纯 蒸馏水 化学纯 四、 实验步骤

（1）实验装置 三或四颈瓶（250mL）、搅拌器、导气管、温度计、冷凝管、

加热装置。

（2）加料 在装有搅拌器、回流冷凝管及温度计的三口瓶中加入20mL聚乙

烯醇，1mL乳化剂OP-10, 20mL蒸馏水，3mL乙酸乙烯酯和2.5mL过硫酸钾水溶液。

（3）反应 开动搅拌器，逐渐加热至75oC并保持恒温。反应约20—30min

后，选用滴液漏斗在30min内加入剩余的9mL乙酸乙烯酯和7.5mL过硫酸钾水溶液。保持反应温度到无回流时，逐步升温，以不产生大量泡沫为准，最后升到90oC，继续反应到无回流为止。

（4）后处理 冷却到50oC后，若pH

4~5时，然后加入邻苯二甲酸二丁酯1.5g，搅拌均匀、出料。观察乳液外观。

（5）固含量的测定 取约0.10g乳液，均匀流布于已称重的蒸发皿底部，放

在120 oC烘箱中烘至恒重，称重，计算固含量。

X——固体含量

m2——烘干后蒸发皿和试样的质量（g） m0——蒸发皿的质量（g） m1——烘前试样质量（g） 五、 实验结果和处理

产品外观：_____________________ 产量：_________________________

固含量：_______________________ 六、 注意事项

1. 制备聚乙烯醇溶液时，发现有块状物出现，一定要设法取出；

2. 按要求严格控制单体滴加速度，如果开始阶段滴加快，乳液中出现块状

物，使实验失败；

3. 反应结束后，料液自然冷却，测固含量时，最好出料后马上称样，以防

止静止后乳液沉淀。

七、 思考题

1. 乳化剂主要有哪些类型？乳化剂浓度对聚合反应速率有何影响？ 2. 为什么pH值会下降？