聚醋酸乙烯酯乳胶的合成和乳胶漆的制备预习报告

实验四聚醋酸乙烯酯乳胶的合成和乳胶漆的制备预习报告一、实验目的1、掌握乳液聚合的基本操作，制备聚醋酸乙烯酯乳胶；2、学习水溶性涂料的基本知识，掌握设计涂料配方的方法；3、掌握乳胶漆的制备方法；4、掌握乳胶漆性能的测量和判别方法。

二、国标涂料遮盖力测定法： GB/T 1726-1979漆膜耐水性测定法： GB/T 1733-1993漆膜、腻子膜干燥时间测定法： GB/T 1728-1979漆膜一般制备法： GB-T 1727-1992涂料固体含量测定法： GB/T 1725-1979乳胶漆的分类：1）根据光泽分有高光乳胶漆、半光乳胶漆，丝光乳胶漆、蛋壳光乳胶漆、平光乳胶漆。

2）根据使用部位分有内墙乳胶漆、外墙乳胶漆。

3）根据用途分有防火型、防霉型、抗裂型、抗紫外线型等。

4）根据层顺序有底漆和面漆。

乳胶漆主要成分及作用：乳胶漆是一种以水为介质，以丙烯酸酯类等的水溶液为成膜物质，加入多种辅助成分制成的涂料，是墙面漆的一种。

乳胶漆是水性的涂料，它主要由五种成分构成：1）水；2）乳液，是一种类似白胶的东西，起附着的作用，为乳胶漆的核心成分；3）颜料；4）填料；5）添加剂，如防起泡、防冻等。

乳胶漆的主要成本由第二和第三两种组成。

配方原料：醋酸乙烯酯、乳化剂OP-10、过硫酸铵、聚乙烯醇、邻苯二甲酸二丁酯、去离子水、六偏磷酸钠、丙二醇、碳酸钙、滑石粉、碳酸氢钠溶液、磷酸三丁酯、羧甲基纤维素、钛白粉。

三、主要设备集热式磁力搅拌器机械搅拌器高速搅拌机旋转粘度计干燥时间测定仪黑白格测定仪鼓风干燥箱框式涂布器电子天平1.合成原理树脂以微细粒子团（0.1～2.0μm）的形式分散在水中形成的乳液称为乳胶。

乳胶可分为分散乳胶和聚合乳胶两种。

而在乳化剂存在下靠机械的强力搅拌使树脂分散在水中而制成的乳液称为分散乳胶。

由乙烯基类单体按乳液聚合工艺制得的乳胶称为聚合乳胶，用于制取水性涂料的聚合乳胶主要有醋酸乙烯乳胶、丙烯酸酯乳胶、丁苯乳胶以及醋酸乙烯和其他单体共聚的乳胶。

乳液聚合是在机械搅拌下，用乳化剂使单体在水中分散成乳液而进行的聚合反应。

聚乙烯醇是醋酸乙烯酯聚合常用的乳化剂，它兼起着增稠和稳定胶体的作用。

醋酸乙烯很容易聚合，也很容易与其他单体共聚。

可以用本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合或乳液聚合等方法合成各种不同的聚合体。

醋酸乙烯单体的聚合反应是自由基型加聚反应，属连锁聚合反应，整个过程包括链引发、链增长和链终止三个基元反应。

1)链引发是不断产生单体自由基的过程；2)链增长反应是是极为活泼的单体自由基不断迅速地与单体分子加成，生成大分子自由基，链增长反应的活化能低，速度极快；3)链终止反应是两个自由基相遇，活泼的单电子相结合而使链终止。

2.涂料制备原理要把乳胶进一步加工成涂料，必须使用颜料和助剂。

以下是常用的助剂及其功用。

1)分散剂（相润湿剂）：这类助剂能吸附在颜料粒子的表面，使水能充分润湿颜料并向其内部孔隙渗透，使颜料能研磨分散于水相乳胶中，分散了的颜料微粒又不能聚集和絮凝。

2)增稠剂：能增加添作料的粘度，起到保护胶体和阻止颜料聚焦、沉降的作用。

3)防霉剂：加有增稠剂的乳胶漆，一般容易在潮湿的环境中长霉，故常在乳胶涂料中加入防霉剂。

4)增塑剂和成膜助剂：涂覆后的乳胶漆在溶剂挥发后，余下的分散粒子须经过接触合并，才能形成连续均匀的树脂膜。

5)消泡剂：涂料中存在泡沫时，在干燥的漆膜中形成许多针孔，消泡剂的作用就是去除这些泡沫。

6)防锈剂：用于防止包装铁罐生锈腐蚀和钢铁表面在涂刷过程中产生锈斑的浮锈现象。

四、实验步骤：1．聚酯酸乙烯酯乳胶的制备①、安装好反应设备，配制5%的过硫酸钾溶液（如溶解过慢可以略加热）。

②、量取88ml 1.13%的OP-10乳化剂溶液加入250 ml四口瓶中。

四口瓶上带机械搅拌器、回流冷凝管、温度计和恒压漏斗加料器。

③、在搅拌下慢慢加入平均聚合度在1700左右、醇解度约为88%的聚乙烯醇6.0g。

加热混合物，升温至85℃，至聚乙烯醇完全溶解为止（溶解时间约1hr）。

④、停止加热，降温至65℃左右，重新开始加热，并一次性加入20g新蒸馏过的醋酸乙烯酯单体，4ml 5%的过硫酸钾溶液。

控制反应温度在70-75℃，维持反应温度至回流基本结束。

⑤、用恒压漏斗在2h内滴加68g新蒸馏过的醋酸乙烯酯单体，每加10g醋酸乙烯酯后补加1ml 5%过硫酸钾溶液。

整个加料过程中控制反应温度在70℃以上（油浴温度为70-85℃），并不停搅拌，反应后期加快搅拌速度。

单体滴加完毕后，一次性补加2ml 5%的过硫酸钾溶液，然后慢慢升温到90℃，直到回流结束。

⑥、将反应体系从油浴中取出，冷却。

待温度下降至50℃时，加入5-10ml 5％碳酸钠溶液，调节PH=6-7。

⑦、加入10g邻苯二甲酸二丁酯并搅拌0.5h，冷后得到白色的聚醋酸乙烯酯乳胶。

称重，装入回收瓶中。

2、聚醋酸乙烯酯乳胶的分析①、采用重量法测量乳胶的固含量。

将两个相同的表面皿在120±2℃烘干30min，放入干燥器中冷到室温。

称重。

将制备的乳胶放在一个表面皿中，另一个放在上面（凸面在上），在天平上准确称取1.5-2g，然后将上面的表面皿反过来，使两块相互吻合，轻轻压下，再将其分开，使试样面朝上，放入120±2℃的恒温鼓风干燥箱干燥2hr，取出在干燥器中冷却到室温，称重。

计算固含量。

每个固含量做平行样。

②、乳胶的流变性测量，采用旋转粘度计，选用3号转子，在不同的转速下测定乳胶的黏度，计算其流变性。

3、醋酸乙烯乳胶漆的制备①、安装好高速搅拌器，选择所用的原料。

②、把8g丙二醇、15g 10%的六偏磷酸钠水溶液及60g去离子水按顺序加入250ml三口烧瓶中。

③、开动高速搅拌器，在慢速下逐渐加入50g钛白粉、25g滑石粉和18g碳酸钙，快速搅拌分散均匀。

④、慢慢加入1g磷酸三丁酯，继续快速搅拌30min后，慢速加入120g醋酸乙烯酯乳胶，直到搅匀为止，即得白色涂料。

⑤、加入少量彩色颜料浆，可得到彩色涂料。

⑥、也可自主选择其他配方，制备乳胶漆。

4、聚醋酸乙烯酯乳胶漆的性能测定①干燥时间测定：用框式涂膜器在清洁、干燥的标准玻璃板上涂上一层市售的乳胶漆，漆膜应均匀、连续，安装好干燥时间测定仪，开启设备测定市售乳胶漆的干燥时间。

采用相同方法测定制备的乳胶漆的干燥时间。

②固含量的测定：测定制备的乳胶漆和市售乳胶漆的固含量，采用前面测定乳胶相同的方法。

每个样测定平行样。

③涂料的耐水性：标准板在120℃下干燥1hr后保存在干燥器中，在三块标准板上刷涂漆膜重量为0.5-0.8g，且三块板刷涂重量差不大于10%，在120℃的烘箱中干燥1hr，取出测定其重量变化。

1000ml的烧杯加入600ml水，加热致沸，将漆板放入热水中，沸腾20min后取出观察，并记录其失光、变色、起泡、脱落等的程度（以百分比表示）。

测定制备的乳胶漆和市售乳胶漆，进行对比。

④测定涂料的遮盖力：采用黑白格涂料遮盖力测定仪测定。

精密电子天平上称出装有乳胶漆的杯子和漆刷的总重量，用漆刷将乳胶漆均匀的涂刷于黑白格板上，放在观察箱中，距离磨砂玻璃片15-20cm，有黑白格的一端与平面倾斜成30-45度交角，在观察箱日光灯下进行观察，以看不见黑白格为终点。

然后将盛有余漆的杯子和漆刷称重，求出黑白格板上的油漆总量。

刷涂时应快速均匀，不应将乳胶漆刷在板的边缘上。

其遮盖力计算为X=(W1-W2)/S=50×(W1-W2)W1:-未涂刷前乳胶漆和漆刷的总重量。

W2-- 涂刷后余漆和漆刷的总重量。

S---黑白格板涂漆的面积。

平行测定两次，结果之差不大于5%，取平均值。

否则必须重新测定。

⑥、直观效果判断在石膏板上刷涂制备的乳胶漆和市售的乳胶漆，观察乳胶漆的均匀度、遮盖力、平整度、色度等，并与其他组的产品进行对比。

按本工艺制得的产品，在醋酸乙烯乳胶漆中属于质量优良的品种。

按前面所述的配方原理，可以改用部分功能成分，制成颜料(填料)基料之比高出倍以上的、较价廉的品种。

对产品质量的完整检验可按国家标淮GB 1721—79——GBl726—79的方法进行。

五、注意事项1、聚乙烯醇必须溶解完全，反应体系中应避免带入铁、铜等有阻聚作用的离子。

2、醋酸乙烯酯单体必须是新蒸馏过的，因其分解生成的醛、酸等有阻聚作用，造成聚合物的相对分子量降低。

3、乳液聚合中采用水溶性引发剂，如过硫酸盐和过氧化氢，本实验用过硫酸钾。

4、在上述配方操作时，开始反应时加入过硫酸盐作引发剂，由于聚合反应过程中回流和连续缓慢加入单体，温度可在一段时间内无需加热或冷却即可保持在回流状态。

反应继续进行，需补加少量过硫酸钾，以维持反应温度不下降。

经过反复试验，就能在不同的设备条件下摸索出最适宜的加单体的速度、回流大小、每小时补加过硫酸钾的数量等操作控制条件，使反应温度稳定，聚合反应平稳进行。

所以在实际操作过程中需要很好地控制热量平衡。

操作时如果反应剧烈，温度上升很快，则应少加或不加过硫酸钾，并适当加快单体加入速度。

如温度偏低，则就要稍多加些过硫酸钾，并适当减慢单体的加入速度。

反应时如果回流很小，可以加快醋酸乙烯的加入速度，反之就要适当减慢加入单体的速度，甚至暂时停止片刻，待回流正常后再继续加入单体。

5、单体加完后补加入引发剂，并升温至95℃，目的是要尽可能地减少最后末反应的剩余单体量，这对乳胶的稳定性和乳胶的质量是有利的。

因为游离单体在存放中会水解而产生醋酸和乙醛，使乳胶的PH值降低，影响乳胶和乳胶的稳定性。

采取在700mmHg真空下抽1—2h的方法，能使残余单体质量分数减少至1％以下。

7、将乳化剂水溶液先和单体一起搅拌乳化，再加入引发剂引发聚合虽也可以，但在诱导期过后反应十分激烈，要做成质量好的乳胶十分困难。

因此可以先将乳化好的乳胶放入部分在反应器内，加入部分引发剂引发聚合，然后慢慢连续加入乳化好的乳化液，并定时补加一定量的引发剂。

六、思考题1、聚合反应按聚合体系和反应机理分类可以分成那些类型，聚醋酸乙烯单体的聚合是什么反应? 自由基型加聚反应，属连锁聚合反应。

2、为什么使用的醋酸乙烯酯单体必须是新精馏?因为醛类和酸有明显的阻聚作用,聚合物的相对分子质量不易增大，使聚合反应复杂化。

3、为什么大部分的单体和引发剂采用逐步滴加的方式加入?滴加单体的速度均匀，防止加料太快，发生爆聚冲料等事故。

4、乳胶的稳定性受哪些因素影响？粒子大小分布，两相的密度差，黏度，搅拌与静置，温度。

5、聚乙烯醇在反应中起什么作用?为什么要与乳化剂OP—10混合使用?降低单体和水的表面张力，增加单体在水中的溶解度。

加入op-10是为了增加乳液的粘度，从而使乳液更加稳定，防止燃料聚集和沉降，是常用的表面活性剂。

6、在搅拌颜料、填充料时为什么采用高速搅拌，用普通搅拌器或手工搅拌对涂料性能有何影响?高速搅拌才能使各助剂均匀混合，普通搅拌会使助剂在乳业中分布不均匀，局部过多或过少影响其稳定性，也影响乳胶漆的性能测定7、试说出配方中各种原料所起的作用。