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苯乙烯乳液聚合

一、实验目的

（1）通过实验对比不同量乳化剂对聚合反应速度和产物的相对分

子质量的影响，从而了解乳液聚合的特点，了解乳液聚合中各组分

的作用，尤其是乳化剂的作用；

（2）掌握制备聚苯乙烯胶乳的方法，以及用电解质凝聚胶乳和净

化聚合物的方法。

二、实验原理

乳液聚合是指单体在乳化剂的作用下，分散在介质中加入水溶性引

发剂，在机械搅拌或振荡情况下进行非均相聚合的反应过程。它不

同于溶液聚合，又不同于悬浮聚合，它是在乳液的胶束中进行的聚

合反应，产品为具有胶体溶液特征的聚合物胶乳。乳液聚合体系主

要包括:单体、分散介质(水)、乳化剂、引发剂，还有调节剂、pH缓

冲剂及电解质等其他辅助试剂，它们的比例大致如下:

水(分散介质)：60%~80%(占乳液总质量)

单体：20%~40%(占乳液总质量)

乳化剂：0.1%~5%(占单体质量)

引发剂：0.1%~0.5%(占单体质量)

调节剂：0.1%~1%(占单体质量)

其他：少量

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乳化剂是乳液聚合中的主要组分，当乳化剂水溶液超过临界胶束浓

度时，开始形成胶束。在一般乳液配方条件下，由于胶束数量极大，

胶束内有增溶的单体，所以在聚合早期链引发与链增长绝大部分在

胶束中发生，以胶束转变为单体聚合物颗粒，乳液聚合的反应速

度和产物相对分子质量与反应温度、反应地点、单体浓度、引发剂

浓度和单位体积内单体-聚合物颗粒数目等有关。而体系中最终有

多少单体-聚合物颗粒主要取决于乳化剂和引发剂的种类和用量。

当温度、单体浓度、引发剂浓度、乳化剂种类一定时，在一定范围

内，乳化剂用量越多、反应速度越快，产物相对分子质量越大。乳

化剂的另一作用是减少分散相与分散介质间的界面张力，使单体与

单体-聚合物颗粒分散在介质中形成稳定的乳浊液。乳液聚合则是

由单体和水在乳化剂作用下配制成的乳状液中进行的聚合，体系主

要由单体、水、乳化剂及溶于水的引发刑四种基本组分组成。

首先在乳液聚台体系中．乳化剂以四种形式存在：以单分子的形式

存在于水中．形成真溶液；以胶束的形式存在于溶液中；被吸附在

单体球滴表面上，使单体珠滴稳定地悬浮在介质中；吸附在乳胶粒

表面上顺聚合物乳液体系稳定。其次，乳胶粒主要是由胶束形成的，

叫作乳胶粒形成的胶束机理。乳液聚合的聚合反应实际上发生在乳

胶粒中。因为在乳胶粒表面上吸附了一层乳化剂分子，使其表面带

上某种电荷，静电斥力使乳胶粒不能发生相互碰撞而聚并到一

起．这样就形成了一个稳定的体系。无数个彼此孤立的乳胶粒稳定

地分散在介质中，在每个乳胶粒中都进行着聚合反应，都相当于一

个进行间断引发本体聚合的小反应器。而单体珠滴仅仅作为贮存单

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体的仓库，单体源源不断地由单体珠滴通过水相扩散到乳胶粒中，

以补充聚合反应对单体的消耗。根据这一机理故又有人提出：乳液

聚合是指在水乳液中按照胶柬机理形成彼此孤立的乳胶粒中，进行

烯类单体自由基加成聚合来生产高聚物的一种技术而言。

乳液聚合的特点：

在自由基聚合反应的四种实施方法中，乳液聚合和本体聚合、溶液

聚合及悬浮聚合相比有其可贵的、独特的优点。烯类单体聚合反应

放热量很大，其聚合热约为60一100KJ/mol。在聚合物生产过程

中，反应热的排除是一个关键性的问题。它不仅关系到操作控制的

稳定性和能否安全生产，而且严重地影响着产品的质量。对本体聚

合和溶液聚合来说，反应后期粘度急剧增大，可达几十甚至几百

Pa·s。这样一来，散热问题就成了难以克服的困难，即使采用高

效的换热装置及高效搅拌器，也很难将所产生的反应热及时排除。

散热不良必然会造成局部过热、使分子量分布变宽，还会引起支化

和交联，使产品质量变坏，严重时会引起暴聚、使产品报废，甚至

发生事故。但是利乳液聚合过程来说，聚合反应发生在分散水相内

的乳胶粒中，尽管在乳胶粒内部粘度很高，但由于连续相是水，使

得整个体系粘度并不高，并且在反应过程中体