无皂乳液聚合是以普通乳液聚合理论为基础, 目前主要已被广泛应用于涂料、胶黏剂等方面。无皂乳液聚合一般不加或仅加入微量乳化剂, 具有粒径均一、单分散性好等优势。然而, 无皂乳液的稳定性差, 难以得到固含量高的乳液。本文主要研究水溶性共聚单体对无皂苯丙乳液聚合稳定性、储存稳定性和钙离子稳定性的影响。
丙烯酸丁酯 (BA) , 分析纯, 天津市福晨化学试剂厂;苯乙烯 (St) , 分析纯, 天津市福晨化学试剂厂;过硫酸钾 (KPS) , 分析纯, 天津市光复科技发展有限公司;甲基烯丙醇聚氧乙烯醚 (VPEG) 和甲基丙烯磺酸钠 (SMAS) ;氢氧化钠、氯化钙等。
(1) 聚合稳定性:反应结束后, 收集反应过程中产生的凝聚物, 烘干后称重, 凝聚物质量占单体总质量的百分数即为聚合反应凝胶率。凝胶率表明聚合反应的稳定性。
(2) 储存稳定性:将无皂苯丙乳液装入透明塑料容器中, 在室温条件下 (20±1℃) 静置一个月, 观察是否分层或在瓶底产生沉淀物质。
(3) 钙离子稳定性:在聚合物乳液中加入氯化钙溶液, 使其钙离子浓度分别为5%、10%和15%, 静置观察是否产生絮状沉淀。
采用正交试验设计方法研究了VPEG掺量对无皂苯丙乳液聚合稳定性的影响, 随着VPEG掺量增加, 聚合稳定性先增加后降低, 当VPEG掺量为单体质量2%时, 聚合稳定性最佳, 如图1所示。
VPEG作为一种水溶性共聚单体, 随着VPEG掺量增加, 聚合物颗粒表面形成水化层, 同时聚醚侧链增加乳胶粒子之间的空间位阻效应, 显著提高无皂苯丙乳液聚合稳定性。然而, 当VPEG的用量太多, 增加了VPEG自聚的几率, 致使VPEG共聚物分子链长过长, 从而使临界胶束浓度增加, 增溶胶束数量降低, 聚合稳定性降低。
VPEG的非离子性, 使聚合物乳胶粒子对钙离子的稳定性较高, 当钙离子浓度达到15%时仍能稳定存在。然而其储存稳定性较差, 静置易发生分层。
在上述聚合体系中加入阴离子型共聚单体SMAS, 研究其对无皂苯丙乳液稳定性的影响, 随着SMAS掺量增加聚合稳定性逐渐提高, 当SMAS掺量为1%时, 凝胶率下降了93.7%, 如图2所示。
SMAS作为一种阴离子型共聚单体参与聚合后与VPEG一起富集在聚合物颗粒表面, 由SMAS引入的磺酸根离子提高了聚合物颗粒表面电荷密度, 从而增加聚合物颗粒的zeta电势, 通过聚合物乳胶粒表面电荷的静电排斥作用阻止聚合物乳胶粒子的凝聚, 从而显著提高无皂苯丙乳液的聚合稳定性和储存稳定性。
(1) 随着VPEG掺量增加, 无皂苯丙乳液稳定性先增加后降低, 当其掺量为2%时无皂苯丙乳液聚合稳定性和钙离子稳定性最佳, 但是其储存稳定性较差。
(2) 在VPEG聚合体系中加入SMAS能够显著提高体系聚合稳定性和储存稳定性, 当SMAS掺量为1%时, 凝胶率降低了93.7%。
摘要：本文研究了水溶性共聚单体对无皂苯丙乳液稳定性的影响。结果表明, 当VPEG掺量为2%时聚合稳定性和钙离子稳定性最佳, 但是其储存稳定性较差;在VPEG聚合体系中加入SMAS能够显著提高体系聚合稳定性和储存稳定性, 当SMAS掺量为1%时, 凝胶率降低了93.7%。
关键词：水溶性共聚单体,无皂苯丙乳液,稳定性
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