苯丙乳液的合成方法與步驟

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單體是形成聚合物的基礎，決定著其乳液產品的物理、化學及機械性能[5]。合成苯丙乳液的共聚單體中，苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等為硬單體，賦予乳膠膜內聚力而使其具有一定的硬度、耐磨性和結構強度；丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯等為軟單體，賦予乳膠膜以一定的柔韌性和耐久性。丙烯酸為功能性單體，可提高附著力、潤濕性和乳液穩定性，并賦予乳液一定的反應特性，如親水性、交聯性等。除了丙烯酸以外，功能性單體還有丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、丙烯腈等。

單體的組成，特別是硬單體與軟單體的比例，會使苯丙乳液的許多性能發生變化，其中zui重要的是乳膠膜的硬度和乳液的zui低成膜溫度會有顯著的變化。共聚單體的組成與所得共聚物的玻璃化溫度Tg的關系如下式所示：

式中wi為共聚物中各單體的質量分數，Tg為共聚物玻璃化溫度（單位為K），Tg i為共聚物中各單體的均聚物的玻璃化溫度。共聚物的玻璃化溫度Tg愈高，膜就越硬；反之Tg越低，膜越軟。調節苯丙乳液的共聚單體的種類及它們之間的比例，可合成具有不同玻璃化溫度Tg的乳液，用于涂料、粘合劑等行業[6]。

本實驗用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸進行四元乳液共聚，合成苯丙乳液。聚合引發劑為過硫酸鉀，采用陰離子型十二烷基硫酸鈉和非離子型OP－10的混合乳化劑。聚合工藝采用單體預乳化法，并連續滴加預乳化單體和引發劑溶液。

（一）主要藥品與儀器

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

十二烷基硫酸鈉 3.4g

碳酸氫鈉 1.5g

過硫酸鉀 1.5g

氨水

四頸瓶 (250mL) 1個

圓底燒瓶 (500mL) 1個

冷凝管

滴液漏斗 2個

Y型管 1支

電動攪拌器 1套

恒溫浴 1套

溫度計 2支

（二）實驗步驟

（1）單體預乳化

在500mL圓底燒瓶中，加入100 mL 水，1.5 g碳酸氫鈉，3.4g十二烷基硫酸鈉，3.4g OP－10，攪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，室溫下攪拌30 min。

（2）聚合

稱取1.5g過硫酸鉀于錐形瓶中，用30mL 水溶解配成引發劑溶液，置于冰箱中備用。

在如圖5-2所示的聚合反應裝置中注，加入40mL 單體預乳化液，攪拌并升溫至78℃后滴加8mL引發劑溶液, 約20min滴完。然后同時分別滴加剩余的單體預乳化液和14mL引發劑溶液，2.5h內滴完。再在30min內滴完剩余的8mL引發劑溶液。緩慢升溫至90℃，熟化1h，冷卻反應液至60℃，加氨水調pH值至8，出料

注：Y型管同時接上二只滴液漏斗，一只用于滴加單體預乳化液，另一只用于滴加引發劑溶液

（3）性能測定[7]

轉化率測定：稱取少量乳液（～2g）于培養皿中，再加入微量阻聚劑對苯二酚，放入120℃烘箱中，干燥2h，取出冷卻后再稱重，計算單體總轉化率。

凝膠率：將制備的乳液過濾，殘余物置于烘箱中烘干稱重，則凝膠率為：

化學穩定性測定：用5％CaCl2溶液滴定20mL的乳液，觀察是否出現絮凝、破乳現象。

玻璃化溫度Tg的測定：將一定量乳液置于燒杯中，加入甲醇使聚合物沉淀，經洗滌和干燥后得到聚合物，用DSC儀測定其玻璃化轉變溫度Tg。

（4）結構表征

聚合物經THF溶解后，采用涂膜法進行紅外光譜測定，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）思考題

假設單體的轉化率為100%，計算所得共聚物的玻璃化溫度，并與實測值比較。

主要參考文獻 

1 鄧云祥，劉振興，馮開才. 高分子化學、物理和應用基礎. 北京：高等教育出版社，1997

2 D.布勞恩, H.切爾德龍，W.克恩著. 黃葆同等譯校. 聚合物合成和表征技術. 北京：科學出版社，1981

3 余學海，陸云. 高分子化學. 南京：南京大學出版社，1994

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

5 馮俊忠等. 現代涂料與涂裝. 1997, 2：12

6 劉國杰. 涂料應用科學與工藝學. 北京：中國輕工業出版社，1994

7 侯有軍等. 離子交換與吸附. 2002, 18（4）：310