苯丙乳液的合成和內(nèi)墻乳膠漆的制備

1、使用化學(xué)專業(yè)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)報(bào)告苯丙乳液的合成和內(nèi)墻乳膠漆的制備實(shí)訓(xùn)I目的1）掌握乳液聚合的基本操作，制備苯丙乳液；2）學(xué)習(xí)水溶性涂料的基本知識(shí)，掌握設(shè)計(jì)涂料配方的方法；3）掌握內(nèi)墻乳膠漆的制備方法和生產(chǎn)工藝流程；4）掌握內(nèi)墻乳膠漆性能檢測(cè)方法。二、實(shí)訓(xùn)原理1 .苯丙乳液的合成樹脂以微細(xì)粒子團(tuán)（0.12.0微米）的形式分散在水中形成的乳液稱為乳膠。乳 膠可分為分散乳膠和聚合乳膠兩種。而在乳化劑存在下靠機(jī)械的強(qiáng)力攪拌使樹脂分散 在水中而制成的乳液稱為分散乳膠。由乙烯基類單體按乳液聚合工藝制得的乳膠稱為 聚合乳膠，用于制取水性涂料的聚合乳膠主要 有醋酸乙烯乳膠、丙烯 酸酯乳膠、苯 丙乳膠以及醋酸乙烯和丙烯

2、酸單體共聚的乙丙乳膠。乳液聚合是以水為連續(xù)相（分散劑），在表面活性劑（乳化劑）存在下，使 聚 合反應(yīng)發(fā)生在由乳化劑形成的乳膠粒內(nèi)部（即表面活性劑形成的膠束作為微反應(yīng) 器），制備高分子材料的一種方法。目前，因?yàn)樵谑澜绶秶鷥?nèi)采用乳液聚合法制 備大 量的、各種類型的乳液聚合物和聚合物乳液產(chǎn)品，因此乳液聚合被廣泛使用于各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，成為不可缺少的材料或工作物質(zhì)。特別是人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加 強(qiáng)，乳液聚合技術(shù)己成為制各 環(huán)境友好材料”的主要方法。在工業(yè)生產(chǎn)中有多種用 途：（1）用乳液聚合法可大量生產(chǎn)合成橡膠如丁苯橡膠、丁睛橡膠、氯丁橡膠、聚 丙 烯酸酯橡膠等。（2）用乳液聚合法生產(chǎn)合成塑料、合成樹脂。如聚

3、氯乙烯樹脂、ABS樹脂、聚 四氯乙烯樹脂、聚內(nèi)烯酸樹脂等。（3）用乳液聚合生產(chǎn)各種用途的聚合物乳液，如各種粘合劑（聚醋酸乙烯脂乳 液 一白膠等）、涂料（如建筑涂料、金屬涂料、木制器涂裝涂料等）。乳液聚合技術(shù)較本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合相比較，有許多重要特點(diǎn)、優(yōu) 點(diǎn)，既可制備高分子量的聚合物，又有高的聚合反應(yīng)速率。反應(yīng)體系易散熱，有利于 聚合反應(yīng)的控制。生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，操作方便，靈活性大，代表了環(huán) 境保護(hù)技術(shù) 的發(fā)展方向，很多場(chǎng)合下，聚合物乳液可直接利用。因此，近年來乳液聚合技術(shù)發(fā)展很快，特別是在聚合技術(shù)上派生、發(fā)展了多種新技術(shù)、新方法。乳液聚合體系主要有四大組分：?jiǎn)误w、分散介層（水）、乳

4、化劑、引發(fā)劑，其 次還有用了 pH調(diào)節(jié)并改善乳液流動(dòng)性的電解層，pH調(diào)節(jié)用的中和劑等。依 據(jù)反應(yīng) 單體和反應(yīng)性質(zhì)，來選用不同的乳化劑。乳化劑是決定乳液穩(wěn)定性的最主 要因素，對(duì) 反應(yīng)速率、乳液粘度、膠粒尺寸等也有很主要的作用。乳化劑的選擇除單體要求的種 類外，一般以體系要求的HLB值決定其配比和用量，而且多以非離子型和離子型乳 化劑復(fù)配，常用的乳化劑如下：用于乳液聚合的引發(fā)劑主要是以過氧化氫為母體的衍生物，如過硫酸鐵 （NH4）2s208、過硫酸鉀K2s2。8、有機(jī)過氧化氫，對(duì)某些體系，還可采用其他熱分 解引發(fā)劑如芳基偶氮氨基化合物等。經(jīng)典的乳液聚合物工藝的定性理論（用以描述 乳液聚合體系中各種

5、物料所處的狀態(tài)及它們之間的相互影響、相互作用和相互轉(zhuǎn)化規(guī)律）將乳液聚合過程分為四個(gè)階段：分散階段：乳化劑在分散相（水）中形成膠束：加入部分單體后，在攪拌作用 下，部分形成單體珠滴、部分增溶在乳化劑形成的膠束中或溶解在水相中。乳化劑、單體化水相、單體珠滴和膠束之間建立動(dòng)態(tài)平衡。階段I （成核階段）：水溶性引發(fā)劑加入到體系中后，在反應(yīng)溫度下引發(fā)劑在 水相中開始分解出初始自由基，或擴(kuò)散到膠束中或在水相引發(fā)聚合，或擴(kuò)散到單體珠 滴中。無論那種情況都可引發(fā)單體聚合形成乳膠粒。在階段I乳化劑有四個(gè)去處，即形成膠束、吸附在乳膠粒表面上、吸附在單體珠滴表面上及溶解在水中。單 體也有四個(gè)去向，即形成單體珠滴、分

6、布在乳膠粒中、分布在增溶膠束中，或 溶解在 水中，此時(shí)乳化劑和單體在水相、單體珠滴、乳膠粒和膠束之間建立動(dòng)態(tài)平衡，直到 膠束耗盡后，標(biāo)志階段I結(jié)束。階段II （膠粒長(zhǎng)大階段）：聚合反應(yīng)發(fā)生在乳膠粒 中，逐漸加入的單體形成單體珠滴，單體山單體珠滴通過水相擴(kuò)散到乳膠粒中，在其 中進(jìn)行聚合反應(yīng)，使乳膠粒長(zhǎng)大，此時(shí)，乳化劑和導(dǎo)體在乳膠粒、水相和單體珠滴間 建立動(dòng)態(tài)平衡。單體珠滴消失，標(biāo)志階段II結(jié)束。階段III （反應(yīng)完成階段）：在該階段，膠束和單體珠滴都不見了。絕大多數(shù)未反應(yīng)的單 體集中在乳膠粒內(nèi)部，只有極少數(shù)的單體溶解在水相中，單體和乳化劑在水相和乳膠 粒之間建立動(dòng)態(tài)平衡。水相中的引發(fā)劑分解出自由

7、基，擴(kuò)散到乳膠粒中，在乳膠粒中 引發(fā)聚合，使乳膠粒中的單體逐漸降低。使單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大至反應(yīng)結(jié)束。正是乳膠聚合的定性理論決定了聚合反應(yīng)反應(yīng)嚴(yán)格的操作步驟。因此操作步 驟往往是聚合物乳液性能好和壞的重要因素之一。詳細(xì)的原理和技術(shù)參閱乳液聚合的有關(guān)專著和文獻(xiàn)資料。2 .內(nèi)墻乳膠的制備要把乳膠進(jìn)一步加工成涂料，必須使用顏料和助劑。以下是常用的助劑及其功 用。1）分散劑（相潤(rùn)濕劑）：這類助劑能吸附在顏料粒子的表面，使水能充分潤(rùn)濕顏料并向其內(nèi)部孔隙滲透，使顏料能研磨分散于水相乳膠中，分散了的顏料微粒又不能聚集和絮凝。2）增稠劑：能增加添作料的粘度，起到保護(hù)膠體和阻止顏料聚焦、沉降的作用。3）防霉劑：加

8、有增稠劑的乳膠漆，一般容易在潮濕的環(huán)境中長(zhǎng)霉，故常在乳膠 涂料 中加入防霉劑。4）增塑劑和成膜助劑：涂覆后的乳膠漆在溶劑揮發(fā)后，余下的分散粒子須經(jīng)過接觸合并，才能形成連續(xù)均勻的樹脂膜。5）消泡劑：涂料中存在泡沫時(shí)，在干燥的漆膜中形成許多針孔，消泡劑的作用 就是 去除這些泡沫。6）防銹劑：用于防止包裝鐵罐生銹腐蝕和鋼鐵表面在涂刷過程中產(chǎn)生銹炙的浮銹現(xiàn)象。三、主要儀器和設(shè)備機(jī)械攪拌器1套，蛇冷凝管1個(gè)，500ml四口燒瓶1個(gè)、250ml滴液漏斗一個(gè)，恒溫水浴鍋1套，溫度計(jì)1支，固定夾若干。苯丙乳液合成：丙烯酸、丙烯酯丁酯、甲基丙烯酸甲酯、過硫酸鐵、十二烷基硫酸鈉（SDS）、烷基酚聚氧乙烯醴（OP-

9、10） x碳酸氫鈉、去離子水、氨水。內(nèi)墻乳膠漆制備：鄰苯二甲酸二丁酯、去離子水、六偏磷酸鈉、丙二醇、碳 酸 鈣、滑石粉、磷酸三丁酯、竣甲基纖維素、鈦白粉、羥甲基纖維素。性能測(cè)試：去離子水、乙醇、丙酮、廣泛pH試紙、NDJ-79型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、烘箱、FT-IRo四、實(shí)驗(yàn)配方101.苯丙乳液合成1）設(shè)計(jì)單體總質(zhì)量為QOg,合成配方見表1所示。表1苯丙乳液合成配方名稱質(zhì)量分?jǐn)?shù)，/%名稱質(zhì)量分?jǐn)?shù)a/%苯乙烯20丙烯酸丁酯50丙烯酸2甲基丙烯酸甲酯28NaHCOa0.3注： 占單體總量的百分?jǐn)?shù)。 2）工藝流程如下：a）在250ml的燒杯中，加入碳酸氫鈉、十二烷基硫酸鈉和OP10,然后加入60g的 去離子水

10、，用玻棒攪拌溶解，然后倒入四口燒瓶，開啟電動(dòng)攪拌，水浴加 熱至 80-82Cob）取0.1g的過硫酸鐵加入10g的去離子水，用玻棒攪拌溶解，然后加入到四口燒 瓶中，待體系重新升溫到80-82,開始滴加種子單體（10g）。c）將單體首先在一個(gè)250ml的燒杯中混合，然后用滴管取出10g,用恒壓漏斗10min滴加到四口燒瓶中去。滴加到5min左右的時(shí)候，體系就會(huì)出現(xiàn)藍(lán)光，表 明乳液聚合反應(yīng)開始啟動(dòng)。滴加完畢后，保溫 20 mino注意，滴加過程， 保證四口燒瓶?jī)?nèi)的溫度在80-+82C的范圍。d）剩余的90g單體和引發(fā)劑（0.3g過硫酸鐵加入30g去離子水溶解）水溶液分兩 個(gè)恒壓漏斗滴加，在2h內(nèi)滴

11、加完畢。要求在滴加過程盡量保證均勻，同 時(shí)，聚 合過程保持反應(yīng)溫度在80-82 Coe）單體和引發(fā)劑溶液滴加完畢后繼續(xù)攪拌，在80-82C下保溫反應(yīng)0.5小時(shí)，然后升溫到85C再保溫反應(yīng)0.5小時(shí)。f）撤除恒溫浴槽，繼續(xù)攪拌冷卻至50C,然后用氨水調(diào)節(jié)乳液的pH值為7.08.0 g）出料，用塑料瓶保存。2.苯丙內(nèi)墻乳膠漆的制備十二烷基硫酸鈉烷基酚聚氧乙烯醴0.41.02.01001）內(nèi)墻乳膠漆的配方見表2所示。表2內(nèi)墻乳膠漆的配方名稱質(zhì)量/g名稱質(zhì)量/g苯丙乳液（50%）120鈦白粉54去離子水67.5滑石粉24六篇磷酸鈉（10%）0.75碳酸鈣18羥乙基纖維素0.15磷酸三丁酯0.6丙二醇7

12、.5防腐劑注：配漆總質(zhì)量為293g2）具體工藝流程如下:把67.5g離子水、0.75g質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%六偏磷酸鈉水溶液、0.15g羥乙基纖維 素 以及7.5g丙二醇加入金屬杯中，開動(dòng)高速均質(zhì)攪拌機(jī)（轉(zhuǎn)速控制為1000rpm）?；?合均勻后后將轉(zhuǎn)速調(diào)至500rpm，逐漸加入54g鈦白粉、24g滑石粉和18g碳 酸鈣， 繼續(xù)攪拌0.5h。將轉(zhuǎn)速調(diào)至700rmp，加入0.6g磷酸三丁酯，然后繼續(xù)攪 拌10min。 在攪拌下加入80g苯丙乳液，直至攪勻?yàn)橹?，即得白色涂料。若再?入少量彩色顏 料漿，可得彩色涂料。五、產(chǎn)品性能表征方法及結(jié)果1.苯丙乳液合成1）外觀取30g乳液倒入50Ml的燒杯中，用玻璃棒

13、提起乳液，約距燒杯中20cm處 觀 察乳液的流動(dòng)性能及其色澤，乳液流線是否均勻一致，是否含有異物，顆粒是 否均 勻。2）粘度在室溫下（25 ± 050 采用涂-4杯測(cè)量乳液黏度，單位為s。3）固含量根據(jù)失重法測(cè)量乳液的固體含量：將一個(gè)干凈的表面皿用乙醇和去離子水 沖洗 干凈后在50c干燥至恒重，記此恒后果質(zhì)量為mi,用膠頭滴管滴加約2g的乳液在表 面皿上面，記下此時(shí)乳液質(zhì)量為m2,然后置于烘箱，120c下干燥至恒重（約 1h）,記下表面皿和干膜總質(zhì)量為m3,由此乳液的固含量計(jì)算公式為：固含量=1 x 100%T?乳液或涂膜的綜合性能列于表3所示。表3乳液或涂膜綜合性能名稱性能指標(biāo)乳液外觀帶藍(lán)光并稍有粘度的乳白色液體黏度/cp or s固含量/%2.苯丙內(nèi)墻乳膠漆1）施工性用刷子在試板平滑面上刷涂試樣，涂布量為濕膜厚約10u