苯乙烯-丙烯酸丁酯复合乳液聚合.doc

苯乙烯、丙烯酸正丁酯复合乳液聚合 一、实验目的 1、通过苯乙烯、丙烯酸正丁酯复合乳液聚合，了解复合乳液聚合的特点，比较一般乳液聚合、种子乳液聚合和复合乳液聚合的优缺点。 2、掌握制备核/壳结构复合聚合物乳液的方法和对聚合物进行改进的方法和途经。 二、实验目的 合成复合聚合物乳液的方法实际上是种子乳液聚合（或多阶段乳液聚合），即首先通过一般乳液聚合制备第一单体的聚合物乳液作为种子乳液（核聚合），然后在种子乳液存在下，加入第二单体继续聚合（壳聚合），这样就形成了以第一单体的聚合物为核，第二单体的聚合物为壳的核/壳结果的复合聚合乳液——乳胶型互为贯穿聚合物的网络，复合乳液聚合与种子乳液聚合的差别在于前者是采用不同种的单体，后者采用同种单体。 如果以苯乙烯(St)为主单体，同时加入少量的丙烯酸(AA)单体进行核聚合，而以丙烯酸正丁酯(n-BA)为单体，同时加入少量的丙烯酸(AA)单体进行壳聚合，即得到以聚苯乙烯为核、聚丙烯酸正丁酯为壳的核/壳结构的复合聚合物乳液。 在第一阶段聚合中合成的聚苯乙烯乳胶粒作为种子，再加入第二单体丙烯酸正丁酯、引发剂过硫酸钾和少量乳化剂进行第二阶段乳液聚合时，此时的聚合机理按接枝涂层理论机理进行。即单体n-BA富集在种子乳胶粒PS的周围，PS乳胶粒成为n-BA单体的聚合主要场所，所生成的聚合物Pn-BA富集在PS的周围形成以PS为核Pn-BA为壳的核/壳结构聚合物，且核壳之间存在着PS-Pn-BA接枝共聚物，理想情况下不生成新的乳胶粒。由于在聚合过程中形成了少量的PS-Pn-BA接枝共聚物使得核/壳结构的复合聚合物的性能优于任何一个均聚物PS或Pn-BA和PS-Pn-BA无规共聚物的性能。如耐水性能、耐溶剂性能、软化点、弹性和机械强度等均有大幅度提高。特别是用于外墙涂料的基料，其最低成膜温度（FMT）、玻璃化温度（Tg）低、附着力好、耐水性能好、光泽度高、大大改进了夏季回粘性，从而提高了涂料的性能并延长了施工期。由此可见，制备复合聚合物是对聚合物改性的一种方法。 三、实验仪器及药品 仪器：三口瓶、回流冷凝管、滴液漏斗、温度计、电动搅拌器、移液管、恒温水浴、量筒、烧杯 药品：苯乙烯（核单体）、丙烯酸正丁酯（壳单体）、邻苯二甲酸二丁酯（增塑剂）、丙烯酸、十二烷基硫酸钠（SDS）壬基酚聚氧乙烯基醚（OP-10）过硫酸钾 四、实验步骤、现象及原因 实验步骤 现象 现象解释 1. 单体预乳化 在装有搅拌器、回流冷凝管和温度计的 250 mL 三口磨口烧瓶中加入去离子水 45 mL， 乳化剂十二烷基磺酸钠(SDS) 0.2g、壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10) 1.0g。水浴加热至50~60℃，搅拌，当乳化剂完全溶解后加入核单体(20 mL 苯乙烯和0.8 mL 丙烯酸)，使单体乳化30~40 min。倾倒出已预乳化的核单体备用。 SDS和OP-10加入到离子水中，在搅拌作用下，逐渐溶解。刚滴加一滴St便有乳白色颗粒出现。随着St的量加入，一段时间后变为乳白色溶液；在三口瓶中升温过程中，刚加入单体不久出现大量乳白液爬瓶壁想象。一段时间后爬壁消失。 乳化剂采用的是SDS和OP-10，而SDS因其结构上既含有亲水基团也含有亲油基团，因此其在水中水溶性很好，温度升高其溶解更快；加入单体后，在搅拌作用下，单体被分散成很小部分，而大量乳化剂的亲油基团与单体结合形成胶束，将单体包裹在内部，亲水基团在外部，从而形成白色细小颗粒；出现爬壁是由于加入的苯单体在温度较高时而蒸发，而此时单体还有很多未被乳化剂包裹，从而在蒸发时单体中含带部分乳化剂而出现乳白液爬瓶壁，一段时间过后，绝大部分单体被乳化剂充分包裹形成胶束，在胶束内苯单体受热蒸发量很少，因此爬壁现象消失。 在上述装置中加入去离子水 15 mL，乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS) 0.06 g、壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10)0.2g。水浴加热至50~60℃，搅拌，当乳化剂完全溶解后加入壳单体(6.5mL丙烯酸正丁酯和 0.3mL 丙烯酸)，使单体乳化 30~40 min。倾倒出已预乳化的壳单体备用 SDS和OP-10加入到离子水中，在搅拌作用下，逐渐溶解。刚滴加一滴St便有乳白色颗粒出现。随着St的量加入，一段时间后变为乳白色溶液。 乳化剂采用的是SDS和OP-10，因其结构上既含有亲水基团也含有亲油基团，因此其在水中水溶性很好，温度升高其溶解更快；加入单体后，在搅拌作用下，单体被分散成很小部分，而大量乳化剂的亲油基团与单体结合形成胶束，将单体包裹在内部，亲水基团在外部，从而形成白色细小颗粒。 2.种子乳液聚合(核聚合) 在上述装置中加入引发剂溶液 8 mL (称取0.4g 过硫酸钾溶于20 mL 去离子水中，配制 成2.0%的引发剂溶液，供两组使用)，将已乳化的核单体倒入滴液漏斗中