聚电解质对丙烯酸乳液聚合行为的影响研究

【摘要】： 在乳液聚合过程中,聚电解质可通过改变乳胶粒的聚集程度与组分(引发剂、乳化剂和单体等)的扩散速率而影响丙烯酸酯乳液的聚合行为。其中,影响聚电解质性能的主要因素是聚电解质重均分子量的大小及分布、链段的柔韧性、亲水基的数目、密度及其分布。而聚电解质以及其对乳液聚合行为影响方面的深入研究,对进一步全面研究丙烯酸酯乳液的聚合机理、动力学行为和性能(粘度、附着力和稳定性)有着很大的意义。 本文通过正交实验设计,选用在常压低温下,以N2气氛为保护气,在120℃下,采用常压半连续溶液聚合工艺,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂、3-巯基丙酸(MPA)为链转移剂,乙二醇丁醚为溶剂,通过α-甲基苯乙烯(AMS)／苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)多元共聚,合成了无色且透明度良好的水溶性固体苯乙烯-丙烯酸酯分子量系列,如Styrene-acrylic A((?)=2880)、Styrene-acrylic B((?)=3920)、Styrene-acrylic C((?)=4678)、Styrene-acrylic D((?)=7089)、Styrene-acrylic E((?)=11039),其酸值=230-240,Tg=30-40℃,再通过减压蒸馏和氨化,得到淡黄色的水溶性聚电解质溶液。 在聚电解质的基础上,本文重点研究其对光油用丙烯酸酯乳液(MMA/BA二元体系)聚合行为的影响,即采用预乳化半连续滴加法,研究聚电解质(水溶性固体苯乙烯-丙烯酸酯树脂氨化溶液)其重均分子量(Mw=2500-12000)、用量(0-20%)对丙烯酸酯乳液聚合历程、转化率、絮凝物生成率、乳胶粒的粒径及其分布和Zeta电位等聚合参数的影响。 实验发现,聚电解质对丙烯酸酯乳液聚合行为的影响与其胶束聚集度、扩散速率有着重要的联系。具体如下： 1.通过对比苯乙烯-丙烯酸酯聚电解质不同浓度和重均分子量下的表面张力与电导率值,发现聚电解质的CMC值仅为0.2%,表面张力在45N／m附近,估算HLB=6-7,其扩散速率随着重均分子量与浓度的增多而降低,胶束聚集度随着重均分子量与浓度的增多而增高。 2.通过空白乳液粒径-时间和粒径分布-时间曲线分析,可以发现,采用预乳化半连续滴加工艺且MMA含量较高的丙烯酸酯乳液聚合同时存在均相成核与胶束成核,并出现胶束成核向均相成核的转变过程。 3.通过Styrene-acrylicA粒径-时间与转化率-时间曲线分析,可以看出,当浓度较低时,体系因其高的扩散速率使其均相成核概率增高,粒径较低且转化率较高；当浓度较高时,体系因其高的胶束聚集度使其胶束成核概率增高,粒径较高且转化率较低。 4.通过聚电解质的重均分子量对乳胶粒粒径与乳液转化率取值影响分析,可以看出,当其重均分子量较低时,体系因其高的扩散速率使其均相成核概率增高；而当其重均分子量较高时,体系因其高的胶束聚集度使其胶束成核概率增高。 5.对于絮凝物生成率方面的影响,Styrene-acrylic A的取值呈先增而后降趋势,但总体基本稳定在较低值；Styrene-acrylic B与C的取值呈双折线过渡趋势；Styrene-acrylic D与E的取值呈先降后增趋势。 6.对于Zeta电位方面的影响,Styrene-acrylic A、B、C与E的取值呈先增后降趋势；Styrene-acrylic D的取值呈总体降低趋势。