常规乳液聚合的影响因素
乳液聚合爆聚现象

乳液聚合爆聚现象
乳液聚合爆聚现象是指在乳液聚合过程中,由于聚合反应速度过快或温度过高等原因,导致聚合体内部能量积累过多,最终导致聚合体猛烈分解的现象。
这种现象不仅会导致生产过程中的安全问题,还会影响产品质量和产量,因此需要引起足够的重视。
乳液聚合爆聚现象的发生原因主要有以下几点:
1.聚合反应速度过快。
在乳液聚合过程中,如果聚合反应速度过快,会导致聚合体内部能量积累过多,从而引发爆聚现象。
2.温度过高。
在乳液聚合过程中,如果温度过高,会导致聚合反应速度加快,从而加剧聚合体内部能量积累,最终引发爆聚现象。
3.聚合体内部存在不稳定因素。
在乳液聚合过程中,如果聚合体内部存在不稳定因素,如氧化物、自由基等,会导致聚合体内部能量积累过多,最终引发爆聚现象。
为了避免乳液聚合爆聚现象的发生,我们可以采取以下措施:
1.控制聚合反应速度。
在乳液聚合过程中,可以通过控制反应物的投入
速度、添加稳定剂等方式来控制聚合反应速度,从而避免爆聚现象的发生。
2.控制温度。
在乳液聚合过程中,可以通过控制反应器的温度、加热方式等方式来控制温度,从而避免聚合反应速度过快,最终避免爆聚现象的发生。
3.添加稳定剂。
在乳液聚合过程中,可以添加稳定剂来稳定聚合体内部的结构,从而避免聚合体内部能量积累过多,最终避免爆聚现象的发生。
总之,乳液聚合爆聚现象是一种严重的安全问题,需要引起足够的重视。
通过控制聚合反应速度、温度和添加稳定剂等方式,可以有效地避免爆聚现象的发生,从而保障生产过程的安全和产品质量。
乳液聚合的影响因素讲课讲稿

乳液聚合的影响因素乳液聚合的影响因素(2007-03-09 15:48:57)转载分类:现代水性涂料一、乳化剂影响(1)乳化剂浓度[s]的影响[s]越大,胶束数目越多,按胶束机理成核的乳胶粒数Np也就越多,乳胶粒的直径Dp也就越小对于水中溶解度不大的单体的乳液聚合,Np∝[s]0.6[s]越大,分子量Mn越高,聚合反应速率Rp越大。
(2)乳化剂种类的影响特性临界参数CMC,聚集数及单体的增溶度各不相同CMC越小和聚集数越大的乳化剂成核几率大,所生成的乳胶粒数Np就越大,乳胶粒直径Dp越小,且聚合反应速率Rp大及聚合物分子量高;增溶度大的乳化剂所生成的增溶胶束多,成核几率高,故可生成更多的乳胶粒。
二、引发剂的影响引发剂浓度[I]增大,Mn降低Rp提高三、搅拌速度的影响搅拌的一个重要作用就是把单体分散成单体珠滴,并有利于传热和传质。
(1)搅拌速度对乳胶粒直径的影响在乳液聚合中的分散阶段,搅拌强度不宜太高,否则会使单体分散成更小的单体珠滴,每立方厘米水中单体珠滴的表面积更大,在单体珠滴表面所吸附的乳化剂量增多,致使每立方厘米水中胶束数目减少,胶束成核几率下降,故生成的乳胶粒数目减少、乳胶粒直径增大。
所以搅拌强度增大时,乳胶粒的直径不但不减小,反而增大。
(2)搅拌速度对聚合反应速率的影响一方面,每立方厘米中乳胶粒数目减少,反应中心减少,聚合反应速率降低;另一方面,会使混入乳液聚合体系中的空气增多,而空气中的氧是自由基反应的阻聚剂,会使聚合反应速率降低。
(3)搅拌对乳液稳定性的影响过于激烈的搅拌同时会使乳液产生凝胶,甚至破乳。
四、反应温度的影响温度高,Mn降低,Rp增大温度高,乳胶粒数目Np增大,粒径Dp减小。
温度高,乳液稳定性降低。
五、单体相比的影响相比M0为乳液聚合中初始加入的单体和水的质量比乳胶粒的平均直径随相比的增大而增大单体转化率随相比的增大而降低六、电解质的影响电解质的用量盐析降低CMC 提高乳化剂有效比率。
影响乳液聚合的因素

影响聚醋酸乙烯乳液质量的因素单体质量的影响醋酸乙烯单体应该用新精馏的,并控制一定的质量指标。
外观——无色透明液体活化度(10ml单体加过氧化苯甲醚——<30min沸点——72-73℃——20ml在70℃时测定)含醛(以乙醛计)——<0.02%含酸(以乙酸计)——<0.01%醋类是醋酸乙烯单体中的主要杂质,能起到明显的阻聚作用,阻聚作用使得聚合物的分子量不易长大,并且使聚合过程变复杂。
在本体聚合和悬浮聚合时经常使用乙醛调节分子量大小。
酸对乳液聚合也有影响,活化度实际上是醛、酸和其他杂质在单体中的综合影响,杂质多聚合诱导期变长。
杂质少,诱导期短,活化时间也短。
活化度太差的单体在乳液聚合反应进行时会出现聚合反应时行缓慢,回流一直很大,使连续加入单体有困难。
加单体太慢或中途停止加单体则反应放热少而回流带出的热量多,反应温度就会下降,反应难于控制,无法平稳进行。
引发剂的影响在乳液聚合中都用水溶性的引发剂,如过硫酸盐和过氧化氢,而不能用溶解于单体中的过氧化苯甲酰和偶氮二异丁腈,引发剂溶解在单体中不好。
过氧化氢在存放中易变化,而硫酸盐比过氧化氢易控制,在操作时加水溶解后即加入反应釜内,因此比较稳定,所以一般多采用过硫酸钾、过硫酸铵等。
一般情况下过硫酸钾的用量为单体量的0.2%,实际上在反应中只加入2/3,其余1/3是在反应最后阶段加入的,目的是为了减少乳液中的游离单体。
引发剂用量根据设备情况、投料量确定,反应设备越大,投料量越大,引发剂的用量就相应减少些。
做小试验的时候,引发剂使用的比例比中试、实际生产的比例要大一点。
而在每次反应时间中初加的部分也需视反应情况而稍有不同。
用过硫酸盐为引发剂时,乳液的pH值需加以控制,因为在反应中加入过硫酸盐会使反应液的酸性不断增加,而pH值太低(如小于2时),则反应速度很慢,有时会破坏了乳液聚合反应的正常进行,使乳液粒子变粗,甚至会使反应时间过长或使反应无法进行。
若所用聚乙烯醇是碱醇解的产品,水溶液呈弱碱性,则在反应前可不调整pH值,而在反应结束后加入部分碳酸氢钠中和至pH值4-6间。
乳液聚合出现蓝相的原因

乳液聚合出现蓝相的原因
乳液聚合中出现蓝相的原因可能是由于以下几个方面的因素:
1. 乳化剂选择不当:乳化剂的种类、用量和质量都会影响乳液
的聚合反应。
选择不当的乳化剂可能导致聚合物分子的空间排布与分
散方式不均匀,从而导致蓝相的形成。
2. 热量控制不当:乳液聚合过程中,温度的变化也会对乳液的
结构和性质产生影响。
热量控制不当,如过高温度等可能会破坏乳液
的结构,引起相变,导致蓝相的形成。
3. 聚合物的特性:聚合物的特性,如分子量、分子量分布、化
学结构等都可能导致蓝相的形成。
一些高分子量聚合物容易形成蓝相,而一些低分子量聚合物则不太容易。
以上是可能导致乳液聚合出现蓝相的原因,需要在具体生产过程
中根据情况加以控制和改善。
乳液聚合

可聚合表面活性剂进行乳液聚合时,乳化剂虽然用量很少,一般为单体质量的3%~5%左右,却有着重要的作用。
在聚合前后对乳液起着稳定作用,在聚合中让单体按胶束机理生成乳胶粒并对聚合速率、聚合度、乳胶粒数目及直径产生影响。
然而,在应用时乳液中的乳化剂在很多情况下己无存在的必要,相反还会引起很多负面效应。
聚合后,传统的乳化剂是通过物理吸附在乳胶粒的表面。
这种相对不是很强的物理吸附在生产和储存及使用等诸多情形下会解吸,从而导致乳液稳定性降低、成膜后耐水性差等缺点。
使用可聚合表面活性剂可很好地解决这些问题。
可聚合乳化剂分子通过共价键的方式键合在乳胶粒的表面,这种化学键结合使乳化剂分子在乳液应用的各种场合都不会解吸,杜绝了传统表面活性剂易解吸的缺点,提高了乳液产品的稳定性和成膜后的耐水性。
马来酸酯类可聚合乳化剂反应温和,性能优异。
但是目前开发出来的品种较少,而且应用于工业的乳液聚合研究更少见报道。
因此合成新的可聚合乳化剂、研究其应用性能尤为必要。
本文合成了G和H两个系列含有阴、非离子的可聚合乳化剂,应用于含氟单体的乳液聚合体系和涂料中,研究它们的耐水性、耐碱性和耐沾污性等应用效果。
并与阴离子可聚合乳化剂D3与非离子乳化剂NP一10复配于乳液和涂料中的应用效果进行了对比研究。
1.文献综述1.1建筑外墙涂料现状1.1.1涂料发展涂料的发展可以粗略地划分为天然树脂阶段、合成树脂阶段和节约阶段。
天然树脂阶段即主要以天然油脂、大漆和虫胶等天然树脂或改性的天然树脂为原料制成的溶剂型涂料和天然树脂涂料,原料易得、制备工艺简单,但涂料的性能和用途很有限。
50年代后期以来,随着石油化学工业的发展,特别是高分子科学的发展,人们对高分子化合物的合成、性能和结构有了较系统深入的研究,涂料发展也进入了合成树脂为主要原料的阶段。
随着世界经济的快速发展和人们生活质量的不断提高,保护环境和节约能源越来越受到重视,涂料的发展朝着省资源、省能源、无污染方向发展,相继推出了水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料等,即进入了节约型涂料阶段。
丙烯酸酯乳液聚合的影响因素

丙烯酸酯乳液聚合的影响因素前言乳液聚合是在用水或其它液体作介质的乳液中,按胶束(Miceell)机理或低聚物(oligmer)机理生成彼此孤立的乳胶粒,并在其中进行自由基加成聚合来生产高聚物的一种聚合方法[ 1 ]。
作为高分子合成手段之一的核- 壳乳液聚合以其独特的结构形态大大改善了聚合物乳液的性能,其应用非常广泛。
例如,(1)用于抗冲改性剂和增韧剂[ 2 ]:许多树脂本身脆性较大,限制了它们在许多领域的应用。
在脆性聚合物中引入橡胶态聚合物,是提高脆性聚合物抗冲击性和韧性的有效方法。
但是由于橡胶相与基体树脂常存在兼容性的问题,导致了橡胶相的聚集,影响了增韧改性的效果。
而在弹性粒子表面包覆一层与基体树脂兼容或能与其反应的聚合物,则就可以解决上述问题,并能增加两相接口的相互作用。
所以,以橡胶态聚合物为核,硬聚合物为壳的复合粒子被广泛用做高分子材料的抗冲改性剂和增韧剂,这也是核- 壳聚合物最多和最重要的研究领域[ 3 ];(2)特种涂料和胶黏剂[ 4 ]:由于核- 壳结构乳胶粒子的核与壳之间存在着某种特定的相互作用,在相同原料组成的情况下,这种核- 壳化结构可以显著提高聚合物的耐水、耐磨、耐候、抗污及粘合强度等力学性能,并可显著降低乳胶的最低成膜温度,且核- 壳结构聚合物一般都是由乳液聚合得到的,因此它首先被用做涂料和胶黏剂[5 ]。
以PSi 为种子、丙烯酸酯类为第二单体进行乳液聚合所得胶乳,具有很好的耐水性和耐候性,用于涂料、胶黏剂和密封剂等领域可直接作为金属、塑料和纸张等的胶黏剂[6 ]。
具有核- 壳结构的P(St/MMA)的乳液可以配成上光涂料;采用不同玻璃化温度的聚合物为核或壳,可以设计理想的具有较低成膜温度的涂料,成膜性有明显的改进和提高[ 7 ]。
将乳液混合到水泥中形成聚合物水泥砂浆,能显著改善水泥的性能,提高水泥的抗张强度,使水泥不易龟裂,还能增加水泥的粘接力和抗磨性、防止土壤侵蚀,是合成乳液的一个新用途。
常规乳液聚合的影响因素

常规乳液聚合的影响因素卢志敏李国明(华南师范大学化学与环境学院,广州 510631)摘要:就常规乳液聚合的几个重要影响因素:单体、乳化剂、引发剂、缓冲剂、温度、搅拌强度以及聚合工艺进行了比较详细的综述。
关键词:乳液聚合;单体;乳化剂;引发剂;缓冲剂;温度;搅拌强度;聚合工艺乳液聚合技术作为获取高聚物的重要方法之一,它起始于20世纪初,并于30年代开始广泛工业化。
目前,乳液聚合大多分为常规水包油型乳液聚合、反相的油包水型乳液聚合、介于溶液聚合与乳液聚合之间的多相乳液聚合、以液氨、甲酰胺、甲酸等为分散介质的非水分散介质乳液聚合、有机分散介质分散乳液聚合、辐射乳液聚合、无胶束乳液聚合、双连续乳液聚合、乳液定向聚合、杂化乳液聚合、原子转移自由基乳液聚合等,它们的影响因素各有异同,本文将对常规乳液聚合的影响因素进行讨论。
常规乳液聚合就是以油相为分散相,水为连续相的水包油型乳液聚合。
虽然常规乳液聚合最简单的配方只是由单体、水、水溶性引发剂和乳化剂4部分组成,但其体系具有特定的复杂性,影响因素很多,以下将对单体、乳化剂、引发剂、缓冲剂、温度、搅拌速率和聚合工艺等因素进行介绍。
1单体1.1 主要单体能进行乳液聚合的单体种类很多,在常规乳液聚合中应用得比较广泛的有乙烯基单体、共轭二烯单体、丙烯酸及甲基丙烯酸系单体。
这些单体在乳液聚合中作为主要单体,它们在水中溶解度很小,与水的表面张力相差很大,在静置时分为两层。
加入乳化剂后由于单体可以进入胶束内,单体在乳化剂溶液中的溶解度增加,单体就可以稳定地分散在体系中,形成水包油体系,混合单体的乳化稳定性与乳液共聚稳定性结果一致。
如要乳液聚合顺利进行,单体还必须符合以下3个条件:(1)可以增溶溶解但不是全部溶解于乳化剂水溶液;(2)可在增溶的温度下进行聚合;(3)与水或乳化剂无任何活化作用,即不水解。
作为乳液聚合的反应物,单体与水的比例可在很宽的范围内波动,一般单体占整个乳液聚合配方的30%~60%。
乳液聚合的机理

乳液聚合的机理
乳液聚合是一种乳液中两种或多种不溶性物质通过化学反应进行聚合的过程。
通常情况下,乳液聚合是通过引入引发剂、稳定剂和聚合单体到乳液中进行。
乳液聚合的机理包括以下几个步骤:
1. 乳液稳定剂的作用:乳液稳定剂的作用是使乳液保持稳定的分散状态。
乳液稳定剂通常是非离子表面活性剂、离子表面活性剂或高分子物质。
乳液稳定剂可以降低乳液的表面张力,并形成一层稳定的表面膜,防止乳液中的微粒互相聚集。
2. 引发剂的添加:引发剂是一种能够引发聚合反应的物质,如过氧化物、光敏剂等。
引发剂的添加可以在适当的条件下引发聚合反应。
3. 聚合单体的反应:聚合单体是指能够进行聚合反应的单体分子。
聚合单体会在引发剂的作用下发生聚合反应,由单体分子逐渐连接形成聚合物链。
4. 生成乳液聚合物:聚合反应进行一段时间后,聚合物链逐渐增长并扩散到整个乳液中。
最终形成聚合物颗粒,即乳液聚合物。
乳液聚合的机理涉及许多因素,如温度、引发剂浓度、聚合单体浓度、乳液稳定剂的类型和浓度等。
控制这些因素可以调控乳液聚合过程中的聚合速度和聚合物的性质。
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常规乳液聚合的影响因素卢志敏国明(华南师大学化学与环境学院,510631)摘要:就常规乳液聚合的几个重要影响因素:单体、乳化剂、引发剂、缓冲剂、温度、搅拌强度以及聚合工艺进行了比较详细的综述。
关键词:乳液聚合;单体;乳化剂;引发剂;缓冲剂;温度;搅拌强度;聚合工艺中图分类号:TQ 630.1 文献标识码:A 文章编号:1009-1696(2005)12-0023-06 乳液聚合技术作为获取高聚物的重要方法之一,它起始于20世纪初,并于30年代开始广泛工业化。
目前,乳液聚合大多分为常规水包油型乳液聚合、反相的油包水型乳液聚合、介于溶液聚合与乳液聚合之间的多相乳液聚合、以液氨、甲酰胺、甲酸等为分散介质的非水分散介质乳液聚合、有机分散介质分散乳液聚合、辐射乳液聚合、无胶束乳液聚合、双连续乳液聚合、乳液定向聚合、杂化乳液聚合、原子转移自由基乳液聚合等,它们的影响因素各有异同,本文将对常规乳液聚合的影响因素进行讨论。
常规乳液聚合就是以油相为分散相,水为连续相的水包油型乳液聚合。
虽然常规乳液聚合最简单的配方只是由单体、水、水溶性引发剂和乳化剂4部分组成,但其体系具有特定的复杂性,影响因素很多,以下将对单体、乳化剂、引发剂、缓冲剂、温度、搅拌速率和聚合工艺等因素进行介绍。
1单体1.1 主要单体能进行乳液聚合的单体种类很多,在常规乳液聚合中应用得比较广泛的有乙烯基单体、共轭二烯单体、丙烯酸及甲基丙烯酸系单体。
这些单体在乳液聚合中作为主要单体,它们在水中溶解度很小,与水的表面力相差很大,在静置时分为两层。
加入乳化剂后由于单体可以进入胶束,单体在乳化剂溶液中的溶解度增加,单体就可以稳定地分散在体系中,形成水包油体系,混合单体的乳化稳定性与乳液共聚稳定性结果一致。
如要乳液聚合顺利进行,单体还必须符合以下3个条件:(1)可以增溶溶解但不是全部溶解于乳化剂水溶液;(2)可在增溶的温度下进行聚合;(3)与水或乳化剂无任何活化作用,即不水解。
作为乳液聚合的反应物,单体与水的比例可在很宽的围波动,一般单体占整个乳液聚合配方的30%~60%。
当分散相体积分数达到74%(同样大小的乳胶粒紧密堆积在一起时,分散相所占的体积分数为74%)的乳液称为超浓乳液,已不属于常规乳液聚合的畴。
1.2 功能单体单独由上述单体得到的聚合物乳液在实际应用中愈来愈暴露出不足,因此常规乳液聚合中功能单体经常配合主要单体一同使用。
根据特殊的需要添加不同官能团的单体,制得的乳液既具有主单体聚合物的性能,又能达到其他方面的效果,如增加乳液成膜后的弹性、刚性、附着力、耐水性、耐热性、耐候性等。
这些功能单体一般带有极性基团,如羧基、羟基、氨基、酰胺基及缩水甘油基等,它们之间既能够自交联也能相互交联,而且对水的亲和力较大,在一定程度上起到辅助乳化剂的作用。
适量地加入可以使共聚物产生轻微的交联,形成一定程度的网络结构,把聚合物分子链间的分子作用力转变为化学键,提高共聚物的刚性,而且亲水极性基团的引入降低了乳胶粒与水的界面能,稳定了聚合过程,减少絮凝的生成。
其加入量约为主单体的2%~6%,过低则起不到改性效果或改性不明显,过高会令聚合体系联点增多,乳液粘度上升,散热困难,自升温程度加大,使共聚体系凝聚而失稳,涂膜的耐水性反而下降。
2 乳化剂2.1 乳化剂的作用乳化剂是可以形成胶束的一类物质,分子中同时存在亲水基团和亲油基团,是乳液聚合系统中的关键组分之一。
在通常情况下,乳化剂并不参加化学反应,但其在乳液聚合过程中起着举足轻重的作用。
在常规乳液聚合中,其主要作用是:降低水的表面力、降低油水界面力、增溶单体、乳化单体以及分散稳定聚合物。
反应前在水中加入乳化剂后,乳化剂的亲水基团溶于水,亲油基团却被水推开,指向空气,部分或全部水面被亲油基团覆盖,将部分水-空气界面变成亲油基团-空气界面,油的表面力小于水,所以乳化剂水溶液的表面力,即在乳液聚合体系中水相的表面力小于纯水的表面力。
在水中加入单体后,单体和水不互溶,单体呈油相存在,油和水的界面力很大,仅仅通过搅拌不能形成稳定的乳液体系,最终只会相分离。
这时体系中乳化剂的亲油基团必定指向油相,而亲水基团则在水中。
这样在油水相界面的油相一侧附着了一层乳化剂分子的亲油端,将部分或全部油-水界面变成亲油基团-油界面,降低了界面力。
另外,当乳化剂加到一定浓度时,乳化剂以胶束的形式存在。
通过搅拌,单体形成许多珠滴,然后被增溶溶解在乳化剂胶束,表面吸附了一层乳化剂,乳化剂的亲油基团,也就是胶束中与单体结构相似的烃基部分,伸向单体珠滴部,亲水基团则露在水相。
单体珠滴之间存在静电斥力,难于聚结成大珠滴,形成稳定的乳状液体系,为聚合过程提供引发场所——单体增溶胶束。
随着聚合反应的进行,单体聚合成聚合物小颗粒。
体系变为聚合物小颗粒、单体珠滴、乳胶粒和水的混合物。
由于比重的不同及颗粒的相互粘结作用,不能形成稳定的分散体系。
乳化剂的存在令聚合物表面吸附上一层乳化剂分子,在每一个聚合物小颗粒上都带上一层同号电荷,因而它们都能稳定地分散并悬浮在介质中。
正是由于乳化剂的这种分散作用保证了合成胶乳中的乳胶粒不凝聚,使乳液聚合得以顺利进行。
2.2 乳化剂的种类及影响任何乳化剂都含有亲油基团和亲水基团,亲油基团就是乳化剂中的非极性部分,亲水基团就是乳化剂中的极性部分。
根据亲水基团的不同,可将乳化剂分为4类:阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂、非离子型乳化剂和两性乳化剂。
阴离子型乳化剂在水中发生解离,得到金属阳离子或铵根离子和含有亲油基团的亲水阴离子。
在常规乳液聚合中使用的阴离子型乳化剂的亲油基团一般是C11~C17的直链烷基或C3~C8的烷基与苯基或萘基结合在一起组成的,与亲油基团相连的亲水基团为阴离子,如羧酸根离子,硫酸根离子,磺酸根离子和磷酸酯酸根离子。
常用的阴离子型乳化剂有脂肪酸钠RCOONa(R=C11~C17),十二烷基硫酸钠C12H25OSO3Na,烷基磺酸钠RSO3Na (R=C12~C16),烷基芳基磺酸钠,如丁二基萘磺酸钠(C4H9)2C10H5SO3Na(俗称拉开粉),松香皂等。
这些阴离子乳化剂具有较强的乳化能力,在碱溶液中比较稳定。
但脂肪酸盐类乳化剂遇酸、钙离子、镁离子等会形成不溶于水的酸或金属皂,使乳化剂失效。
在乳液聚合配方中需加pH调节剂,如磷酸钠、碳酸氢钠、氨水等,保持溶液呈碱性,所用的水也必须不含与之形成不溶物的金属离子。
硫酸盐类乳化剂及磺酸盐类乳化剂的乳化能力强,水溶性较大,比脂肪酸盐类稳定,适用围宽,它们既可以在碱性条件下使用,又可以在酸性条件下使用,而且所制得的胶乳无论对酸还是对金属离子都具有较大的稳定性。
在常规乳液聚合中当硫酸盐类乳化剂在烃链上有不饱和结构时,对聚合会有阻聚作用,使聚合速率减慢,且所制得的聚合物平均相对分子质量低,而采用烷基磺酸盐类乳化剂比相应的硫酸盐类乳化剂的聚合反应速率高,但所制得的聚合物相对分子质量低,磺酸盐烃链上的不饱和结构同样具有阻聚作用,对于烷基苯磺酸钠来说,当苯环上烷基链短时,必须具有两个以上烷基才能成为常规乳液聚合的有效乳化剂,磺酸盐类乳化剂的水溶性比硫酸盐类差。
阳离子型乳化剂的极性基团为阳离子,如季铵盐类,可以用来制备带正电荷的乳液。
虽然它不怕硬水并且耐酸,但由于其乳化能力稍差,还可能影响引发剂的分解,一般不被常规的乳液聚合所使用。
两性乳化剂分子中同时含有碱性基团和酸性基团,也就是亲水基团中同时兼有阴离子和阳离子,在酸性介质中可以离解成阳离子,在碱性介质中可离解成阴离子。
这类乳化剂可分为羧酸型、硫酸酯型、磷酸酯型、磺酸型和氨基酸等。
虽然该类乳化剂在任何pH下都有效,但目前关于两性乳化剂的研究很少,应用于常规乳液聚合中鲜见。
非离子型乳化剂溶于水不能离解成正负离子,在水中以分子形式存在,含有亲水基团和亲油基团。
它有以下几类:酯类、醚类、胺类和酰胺类,典型代表是环氧乙烷聚合物,如R-(OC2H4)n-OH、RCO-(OC2H4)n-OH、R-C6H4-(OC2H4)n-OH 等,其中R=C10~C16,聚乙烯醇也属于这一类。
这类乳化剂对pH变化不敏感,但由于其乳化能力有限,在乳液聚合中不单独使用。
在实际的常规乳液聚合中,阴离子型乳化剂的共同特点是乳化效率高,能有效降低表面力,用量可以较少,胶束和形成的乳胶粒子小,并由于其离子性质,使乳胶粒子带有电荷,对胶粒的分散稳定化是通过双电层作用实现的,使其对电解质和冻融过程,乃至对其他乳化剂品种均存在不同程度的敏感性,造成稳定性降低,容易起泡且难以消除。
非离子型乳化剂以吸附保护作用使乳胶粒稳定,其特性与阴离子型恰恰相反,它对电解质的化学稳定性良好,但乳化能力弱,易在聚合过程中生成凝块,导致聚合速率减慢,乳胶粒径变大。
正如以上所述,阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂各有优缺点,将它们配合使用,取长补短,而且在两者复合使用时,两类乳化剂分子交替吸附在乳胶粒表面,即在离子型中嵌入非离子型,造成了一定的空间位阻,增大了乳化剂离子间的距离,减少了在同一乳胶粒上相邻乳化剂离子间的静电斥力,增加了阴离子乳化剂在乳胶粒上的吸附强度;另一方面,离子型乳化剂可以看成为电解质,非离子型乳化剂上的亲水基团与H2O及H3O+通过氢键作用而带上正电荷,离子间发生静电作用,减少了亲水基团间的斥力,增加了乳化能力。
因此,目前的常规乳液聚合多采用阴离子和非离子乳化剂的复配体系,从而提高了乳化剂的乳化作用,稳定了乳液聚合过程,制得的产物兼有粒径小、低泡、稳定的特点。
但需要注意的是:乳化剂之间存在吸附竞争和空间位阻,影响体系的稳定性,当体系中乳胶粒子浓度较低时,体系的粘度小,粒子间的距离大,超出了电荷稳定和空间稳定的作用围,在重力作用下容易发生沉降。
2.3 乳化剂的用量及配比当少量乳化剂溶解于水中时,乳化剂以单个分子状态存在,导致水的表面力以及界面力急剧下降,但对单体仍不能起乳化增溶作用,不能形成稳定的水包油体系。
只有当其浓度超过临界胶束浓度(CMC)时,乳化剂分子才能聚集在一起形成胶束,乳化增溶单体,形成增溶胶束,得到稳定的水包油系统,才能成为之后聚合反应的场所。
不同乳化剂的CMC值是不同的,对常规乳液聚合来说,CMC值越小,乳化能力越强,CMC值的大小还影响乳胶粒径的大小及分布。
阴离子乳化剂CMC值的大小由乳化剂结构,主要是疏水基团结构,及水中的电解质浓度决定。
影响非离子乳化剂的主要因素则只是疏水基团的长度。
乳化剂的用量不同,所形成的胶束浓度也不同。
一般就常规乳液聚合而言,乳化剂用量在一定围时,用量越大,体系中胶束浓度越大,形成的胶束多而且平均粒径小,粒径分布宽,有利于乳液聚合稳定。
但乳化剂用量太大,导致体系粘度增大,难以搅拌,反应热难以散失,容易出现凝絮;粒径过小,界面能增大,耐电解质能力下降,并出现大量难以消除的泡沫,对乳液聚合以及整个乳液体系造成不良影响。