乳液聚合的特点及应用
乳液聚合动力学特点
乳液聚合动力学特点乳液聚合是一种重要的聚合反应方式，在高分子材料的合成中有着广泛的应用。
乳液聚合的动力学特点与其他聚合方式相比，具有一些独特之处，下面我们就来详细探讨一下。
乳液聚合的一个显著特点是反应速率快。
这主要是因为乳液聚合体系中存在着大量的乳胶粒，每个乳胶粒都可以看作是一个独立的微型反应器。
在这些微小的反应空间内，单体和引发剂的浓度相对较高，从而使得反应能够迅速进行。
而且，乳胶粒的尺寸很小，表面积与体积之比很大，这有利于反应物的扩散和传递，进一步加快了反应速率。
乳液聚合的另一个重要特点是分子量高。
在乳液聚合中，由于乳胶粒中的自由基被隔离在不同的微小空间内，使得它们之间的终止反应受到限制。
这就意味着自由基有更多的机会与单体分子进行链增长反应，从而能够合成出分子量较高的聚合物。
此外，乳液聚合体系中的水相起到了良好的传热和散热作用，能够有效地控制反应温度，减少因温度过高导致的链转移和链终止反应，有利于高分子量聚合物的生成。
乳液聚合的动力学过程可以分为三个阶段：成核期、恒速期和降速期。
在成核期，乳胶粒的形成是关键。
引发剂分解产生的自由基在水相中引发单体聚合，形成低聚物自由基。
这些低聚物自由基可以通过两种方式形成乳胶粒：一是它们相互结合形成初始乳胶粒；二是它们被已存在的乳胶粒捕获。
成核期的时间较短，但对乳液聚合的最终性能有着重要的影响。
恒速期是乳液聚合的主要阶段。
在这个阶段，乳胶粒的数量保持相对稳定，而单体不断地从水相扩散进入乳胶粒中进行聚合反应。
由于乳胶粒的体积较小，其中的单体能够迅速消耗，使得乳胶粒内的单体浓度基本保持不变，因此反应速率也保持恒定。
降速期则是随着单体在乳胶粒中的浓度逐渐降低，反应速率开始下降。
此时，乳胶粒中的单体不足以维持恒定的反应速率，聚合反应逐渐减缓直至结束。
乳液聚合的动力学还受到许多因素的影响。
首先是乳化剂的浓度和种类。
乳化剂能够稳定乳胶粒，其浓度过低可能导致乳胶粒的不稳定和凝聚，而浓度过高则可能会影响单体的扩散和反应速率。
乳液聚合应用
乳液聚合应用一、乳液聚合简介乳液聚合是一种工业生产中常用的聚合物合成方法，通过乳化剂的作用，将单体分散在水中形成稳定的乳液，并以此为基础进行聚合反应。
乳液聚合的优点在于能够得到高分子量且粒径分布均匀的聚合物颗粒，而且整个聚合过程易于控制，因此在涂料、粘合剂、塑料、纤维等领域得到广泛应用。
二、乳液聚合的应用领域1.涂料：乳液聚合技术生产的乳胶漆具有无毒、无味、不燃等优点，广泛应用于建筑、家具、汽车等领域的涂装。
由于乳液聚合生产的乳胶漆具有良好的耐水性、耐擦洗性和装饰性，因此在高端涂料市场占据重要地位。
2.粘合剂：乳液聚合生产的聚合物乳液可加工成各种粘合剂，如万能胶、地板胶、壁纸胶等。
这些粘合剂具有粘附力强、无毒环保、使用方便等特点，被广泛应用于建筑、装修、包装等领域。
3.塑料：部分乳液聚合物可以用于制造塑料。
与其他塑料材料相比，乳液聚合物具有环保无毒、优良的加工性能和力学性能等特点，因此在医疗器械、食品包装等领域有广泛的应用。
4.纤维：部分乳液聚合物可以用于生产纤维。
这类纤维具有良好的保暖性、抗静电性、阻燃性等特点，被广泛应用于纺织品、服装等领域。
三、乳液聚合的主要产品1.苯丙乳液：苯丙乳液是由苯乙烯和丙烯酸酯单体经乳液共聚得到的，主要用于生产建筑涂料、家具涂料和汽车涂料等。
苯丙乳液具有优良的耐候性、耐水性、耐碱性等特点，且价格相对较低，因此在市场上占据主导地位。
2.醋丙乳液：醋丙乳液是由醋酸乙烯酯和丙烯酸酯单体经乳液共聚得到的，主要用于生产纸张涂层、皮革涂层和织物涂层等。
醋丙乳液具有较好的粘附力、透明性和成膜性等特点，且对人体无毒无害，因此在许多领域得到广泛应用。
3.硅丙乳液：硅丙乳液是由硅氧烷和丙烯酸酯单体经乳液共聚得到的，主要用于生产高档建筑涂料、家具涂料和汽车涂料等。
硅丙乳液具有优良的耐候性、耐水性、耐污性和装饰性等特点，且不易受到紫外线的侵蚀，因此具有较长的使用寿命。
4.丁苯乳液：丁苯乳液是由丁二烯和苯乙烯经乳液共聚得到的，主要用于生产轮胎帘子布涂层、输送带涂层和矿山带涂层等。
乳液聚合功能单体
乳液聚合功能单体
x
乳液聚合功能单体
乳液聚合功能单体是一种特殊的高分子单体，具有良好的溶胀性和聚合性能，可以用来制备聚合产品。
乳液聚合功能单体具有以下特点：
1、耐酸碱性：乳液聚合功能单体在酸碱性条件下具有良好的稳定性，可有效抵抗各种环境因子的影响。
2、粘度稳定性：乳液聚合功能单体的粘度稳定性极高，可以抵抗外界环境的变化，使聚合产品具有良好的性能稳定性。
3、聚合性能：乳液聚合功能单体具有良好的聚合性能，使聚合产品具有良好的溶解度。
4、安全性：乳液聚合功能单体对人体安全，可以防止腐蚀表面，保护用户的安全。
乳液聚合功能单体还具有易溶性、热稳定性、耐冲击性、凝固时间长等优点，而且具有结构紧密、抗氧化、降低发泡的能力等特点，广泛应用于现代化工厂中的涂料、胶粘剂、油漆等涂料领域。
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乳液聚合的主要特点
乳液聚合的主要特点
乳液聚合是一种常见的聚合方法，其主要特点包括以下几个方面： 1. 比较容易控制反应条件。
乳液聚合可以在相对温和的反应条
件下进行，例如常温下或低于室温，无需高温或高压。
同时，反应过程中不需要使用有害的溶剂，使得该方法更为环保、经济。
2. 产物具有良好的分散性和稳定性。
在乳液聚合中，聚合物通
常与水或其他溶剂混合后形成胶体颗粒，这些颗粒具有良好的分散性和稳定性，可以在很长时间内保持不变。
3. 适用于大规模生产。
在工业应用中，乳液聚合常常被用于大
规模生产，因为它可以通过简单的连续反应过程实现高产率的生产。
4. 可以制备各种功能性聚合物。
通过调节反应条件和所用的单
体种类，可以制备出各种具有特殊性能的聚合物，例如抗菌、抗氧化、自修复等性能的聚合物。
5. 广泛应用于各个领域。
乳液聚合具有广泛的应用领域，例如
涂料、胶黏剂、塑料、纤维等。
其中，涂料是乳液聚合最主要的应用领域之一，因为它可以制备出低挥发性有机物（VOC）的环保涂料。
综上所述，乳液聚合具有许多优点，是一种常见的聚合方法，被广泛应用于工业生产和科学研究中。
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乳液聚合的特点
乳液聚合的特点乳液聚合是一种重要的聚合方法，它是将液体单体通过乳液化处理变成乳液，在乳液中加入表面活性剂，再由引发剂引发，最终形成固体高分子的过程。
相对于其他聚合方法，乳液聚合具有以下几个特点：1.高效性乳液聚合的反应条件相对较温和，使得液体单体可以快速进行聚合反应，产生高分子，大大加快了反应速率。
此外，不同于溶液聚合需要使用溶剂而带来的溶液体积膨胀带来的麻烦，乳液中的反应单体体积相对较小，能更好的使反应链行进，能够更快地完成反应。
2.高分子产率因为乳液聚合中液体单体相对比较分散的存在在水相中，使得反应发生的位置相对更加均匀，因此乳液聚合能够获得比溶液聚合更高的产率。
这也是为什么很多研究工作试图将液体单体通过乳液化处理来提高聚合反应的产率。
3.高纯度相对于溶液聚合而言，乳液聚合反应中的反应单体中只是分散在水相中，阻断了单体之间的相互作用，因此在完成聚合反应之后，反应产物中的杂质、不纯物质很少，很少出现溶剂的残留问题，从而使高分子产物纯度较高。
4.多样性乳液聚合可以适用于不同的单体，无论单体是水溶性的、油溶性的或是其他性质的单体，通过乳液化处理都可以成功的进行聚合。
乳液聚合可以产生不同种类结构的高分子，如线性、支化聚合、夹芯聚合等多种聚合结构。
5.微观结构可控性相对于其他聚合方法，制备乳液后加入表面活性剂定制粒子的形状、大小、分散性和稳定性，同时可以通过聚合反应条件的控制控制反应的速率、进程和微观结构，从而实现所需高分子产物的微观结构精确控制。
这为精确控制高分子分子量分布及性能打下了基础。
总之，乳液聚合是一种很有潜力的新型聚合技术。
各种特点使得这种聚合方法受到了广泛的关注和研究，成为一些新型材料制备技术的重要手段。
乳液聚合方法在材料制备上的应用
乳液聚合⽅法在材料制备上的应⽤聚合⽅法在材料制备上的应⽤及发展材料的合成与制备⾸先是单体通过聚合反应合成聚合物，然后通过相应的加⼯⼯艺制备成所需的材料或产品。
聚合反应常需要通过⼀定的聚合⽅法来实施，根据聚合物的性能指标以及应⽤环境条件等要求，常⽤的聚合⽅法有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合以及固相聚合、熔融聚合、界⾯聚合等等，不同的聚合反⽅法有不同的⼯艺及设备要求，所得的聚合物产物在纯度、分⼦量、物态及性能等⽅⾯也各有差异。
如本体聚合体系中仅有单体和引发剂组成，产物纯净后处理简单，可直接⽤模板模具成型，如有机玻璃的制备；溶液聚合是将单体和引发剂均溶于适当的溶剂中的聚合⽅法，体系得粘度较低，具有传热散热快、反应条件容易控制，可避免局部过热，减少凝胶效应等特点适应于聚合物溶液直接使⽤的场合，如涂料、胶粘剂等；悬浮聚合是单体以⼩液滴状悬浮在⽔中进⾏的聚合⽅法，，其特点是以⽔作为反应介质，为了让⾮⽔溶性的单体能在⽔中很好地分散需要使⽤分散剂，所以悬浮聚合体系⼀般由单体、油溶性引发剂、分散剂以及⽔组成，悬浮聚合的产物⼀般以直径为0.05~2mm的颗粒沉淀出来，后处理简单⽅便⽣产成本低，但产物中常带有少量分散剂残留物；乳液聚合是在乳化剂的作⽤下，单体分散在⽔中形成乳液状态的聚合⽅法，体系由单体、⽔溶性引发剂、乳化剂和⽔组成，由于是以⽔为介质，具有环保安全、乳胶粘度低、便于传热、管道输送和连续⽣产等特点，同时聚合速度快，可在较低的温度下进⾏聚合，且产物分⼦量⾼，所得乳胶可直接⽤于涂料，粘结剂，以及纸张、织物、⽪⾰的处理剂等众多领域，乳液聚合因其⽣产过程中安全、环保等特点深受⼈们的⼴泛重视，下⾯主要以乳液聚合为例就聚合⽅法在材料制备上的应⽤及进展进⾏概述。
⼀、乳液聚合法的特点：1、乳液聚合的优点：以⽔为分散介质价廉安全。
乳液的粘度低，且与聚合物的分⼦量及聚合物的含量⽆关，这有利于搅拌、传热及输送，便于连续⽣产；也特别适宜于制备粘性较⼤的聚合物，如合成橡胶等。
高分子化学第四章乳液聚合
形成保护
增溶作用
单体 液滴 10000A
水相
单体
增溶胶束
乳化剂分子
胶束 40-50A
乳化剂
少量在水相中
单体
大部分形成胶束 部分吸附于单体液滴
小部分增溶胶束内 大部分在单体液滴内
引发剂 大部分在水中
1.聚合场所
水相中？
大量引发剂， 有初级自由 基，但单体 极少。
单体液滴？
引发剂是水溶 性，难以进入
水相中产生自由基，自由基由水相扩散进入胶束，在 胶束中引发增长，形成聚合物乳胶粒的过程。
油溶性单体的主要成核方式。
➢均相成核(homogeneous nucleation)
水相中产生的自由基引发溶于水中的单体进行增长，形 成短链自由基后，在水相中沉淀出来，沉淀粒子从水相 和单体液滴上吸附了乳化剂分子而稳定，接着又扩散入 单体，形成乳胶粒子，这一过程叫均相成核。
连续
转化率 ％
＞95
99 60
～60 60～90 60～90
一. 乳化剂及乳化作用
乳化剂
亲水基团 疏水基团
C17H35COONa
疏水 亲水
乳化剂种类(type of emulsifier) ➢阴离子型(anionic)： 脂肪酸钠（K12,十二烷基硫酸钠），
烷基磺酸钠、松香皂等； ➢阳离子型(cationic): 胺盐、季胺盐；
乳液聚合法生产的聚合物主要品种
主要品种 乳化剂种类
丙烯酸酯类
聚醋酸乙烯 聚氯乙烯
丁苯橡胶 丁腈橡胶 氯丁橡胶
阴离子+非离 子型
非离子型 阴离子+非离
子型 阴离子型 阴离子型 阴离子型
温度 ℃
70～90
丙烯酸酯的乳液聚合
丙烯酸酯的乳液聚合1 前言丙烯酸酯类聚合物是工业生产中应用比较广泛的原料，可以用于生产涂料、粘合剂、塑料等产品，具有良好的性能，价格便宜。
丙烯酸酯类单体多是通过乳液聚合的方式进行聚合反应。
乳液聚合是高分子合成过程中常用的一种合成方法，因为它以水作溶剂，在乳化剂的作用下并借助于机械搅拌,使单体在水中分散成乳状液,由引发剂引发而进行的聚合反应。
其特点是聚合热易扩散,聚合反应温度易控制; 聚合体系即使在反应后期粘度也很低,因而也适于制备高粘性的聚合物; 能获得高分子量的聚合产物; 可直接以乳液形式使用。
本实验利用丙烯酸酯乳液聚合来探究其性质以及应用。
2 实验目的1) 掌握丙烯酸酯乳液合成的基本方法和工艺路线；2) 理解乳液聚合中各组成成分的作用和乳液聚合的机理；3) 了解高聚物不同玻璃化转变温度对产品性能的影响；3 实验原理在乳液聚合过程中，乳液的稳定性会发生变化。
乳化剂的种类、用量与用法、pH值、引发剂的类型与加入方式、单体的种类与配比、加料方式、聚合工艺、搅拌形状与搅拌速度等都会影响到聚合物乳液的稳定性及最终乳液的性能。
功能性单体如硅烷偶联剂、丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯等作为交联单体参与共聚，在一定程度上可提高乳液的稳定性，但因其具有极强的亲水性，聚合过程中若在水相发生均聚形成水溶性大分子，会产生絮凝作用，极易破乳。
因此选择合适的乳化体系和聚合工艺对乳液聚合过程的稳定性具有极重要的意义。
聚合物乳液承受外界因素对其破坏的能力称为聚合物乳液的稳定性。
在乳液聚合过程中局部胶体稳定性的丧失会引起乳胶粒的聚结形成宏观或微观的凝聚物，即凝胶现象。
凝胶多为大小不等、形态不一的块状聚合物，有的发软、发粘，有的发硬、发脆、多孔。
在搅拌作用下凝胶分散在乳液中，可通过过滤法或沉降法除去，但有时也会形成大量肉眼看不到的、普通方法很难分离的微观凝胶，使乳液蓝光减弱颜色发白，外观粗糙。
严重时甚至整个体系完全凝聚，造成抱轴、粘釜和挂胶现象。
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乳液聚合的特点及应用
和其它聚合反应的实施方法——本体聚合、溶液聚合和悬浮聚合相比较，乳液聚合法有如下的重要特点：
1．易散热
众所用知，烯类单体聚合反应的传热特点是
①热负荷大，其聚合热约为60一100KJ／MOLl；
②在聚合过程中放热不均衡，高峰期要比平均放热速率高2—3倍；
③传热条件差．对本体聚合来说，反应后期体系粘度可达几十万mpa.s．传热系数大大降低；
④为了控制聚合反应速率与聚合物分于量及其分布，聚合过程常常对反应温度有着非常苛刻的要求。
为了解决散热问题，即使采用高效搅拌和换热装置，也很难将所产牛的聚合热及时排除，所以聚合过程的散热问题是一个关键问题，常常因为散热问题得不到合理解决而使实验室研究成果不能投人工业生产而转化为生产力。
散热问题也严重地影响着安全生产和产品质量，因为散热不好而在聚合体系中造成局部过热，轻则使相对分子质量分布变宽，还会引起支化、交联和碳化，使产品质量变坏，重则会引起爆发性聚合，使产品报废，甚至发生事故。
与本体聚合不同，乳液聚合体系的连续相是水，聚合反应发生在分散于水相中的乳胶粒内部，尽管乳胶粒内粘度很高，但整个反应体系的粘度并不高，基本上接近于连续相水的粘度，并且在聚合过程中体系粘度也不会发生大幅度的变化，因为同本体聚合相比，乳液聚合体系易散热，不会出现局部过热，更不易发生爆聚。
乳液聚合不仅比本体聚合容易散热，而且也比溶液聚合和悬浮聚合更容易散热，许多阅澈热问题得不到解决而上升不到大生产的聚合过程，常常可以很容易地用乳液聚合法进行生产。
2．既可制得高分子量的聚合物，又有高的聚合反应速率
本体聚合、溶液聚合与悬浮聚合遵循共向的动力学规律，即在引发剂浓度一定时，要想提高聚合反应速率，就要提高反应温度，而反市温度的提高会加速引发剂的分解，使自由基浓度增大，从而导致了链终止速率的增大，使聚合物平均相对分子量减小；反过来，要想提高聚合物平均相对分子量，就必须降低反应温度，这义会造成聚合反应速率的降低。
就是说，要想提高聚合物平均相对分子量，就必须降低聚合反应速率；而要想提高反应速率，就必须牺牲相对分子量的提高，即两者是矛盾的。
而乳液聚合可以把两者统一起来，即乳液聚合既可以具有高的聚合反应速率，又可以得到高分子量的聚合物。
这是因为乳液聚合是遵循和其它聚合方法不同的动力学规律而进行的。
乳液聚合中的自由基终止速率要比本体聚合中的低，在反应温度和引发剂浓度不变的前提下，终止反应速率低必会导致自由基浓度提高，故乳液聚合体系中的自由基浓度要比本体聚合体系中的大，因而乳液聚合要比本体聚合反应速率高。
采用乳液聚合方法既可以提高聚合反应速率，又可以制得高分子量的聚合物，高的反应速率会使生产成本降低，而高分子量则是生产高弹性合成橡胶和其他许多产品所必需的。
这正是和其它聚合方法相比乳液聚合法的独到之处。
3．以水代替溶剂是发展的方向
由乳液聚合法制成的聚合物乳液是聚合物以乳胶粒的形式在水中的分散体，介质水不燃、不爆、无毒、无味，不污染环境，生产安全，对人体无伤害，大大改善聚合车间、后处理车间及其后应用过程中的劳动条件。
水便宜、易得，可显若降低成本，而且避免了采用溶液聚合法溶剂回收的麻烦。
随着世界各因环境保护法的相继出台和强化，对易造成环境污染的有机溶剂的用量严加控制，以水代替溶剂来制造各种聚合物的乳液聚合法倍受青睐，故具有强大的生命力，成为今后发展的方向。
4．生产灵活性大
和其他聚合方法相比，乳液聚合法生产设备和工艺简单，操作方便，灵活性大；既可采用间歇法，又可采用半连续法和连续法进行生产；生产弹性大，产量可大可小，既有年产几十万吨合成橡胶、合成材脂的大型生产装置，又可生产各种各样的少量特殊用途的精细聚合物产品；溶于水中的、微溶于水中的和不溶于水中的单体均可用乳液聚合法制备聚合物；既可进行单一单体的均聚，又可进行两种或多种单体的共聚反应，同时还可制备接枝聚合物、定向聚合物、互穿网络结构聚合物、核壳结构及异相结构聚合物等具有各种特异性能的聚合物。
5．聚合物乳液可直接利用
在某些情况下，乳液聚合完成以后，需通过后处理将聚合物乳液凝聚成块状、颗粒状或粉末状聚合物，然后送去加工成型，制成各种用品。
但在很多情况下所制造的聚合物乳液本身就是产品，直接在建筑、纺织、造纸、工业涂装、皮革等行业作为涂料、粘合剂和其他工作物质，已成为不可缺少的材料。
低温乳液聚合丁苯橡胶(E-SBR)简述
发展简介
丁苯橡胶(styrene butadiene rubber)是最早工业化的合成橡胶。
1933年德国采用乙炔合成路线首先研制出乳液聚合丁苯橡胶，并于1937年开始工业化生产。
1942年美国以石油为原料生产丁苯橡胶。
1949年原苏联也开始生产。
这些都在高温下(50℃)的共聚物，称为高温丁苯橡胶。
50年代初，出现了性能优异的低温(5—8℃)丁苯橡胶。
目前，低温乳聚丁苯橡胶约占整个丁苯橡胶的80%。
1951年开始生产充油丁苯橡胶。
以后又出现了丁苯橡胶炭黑母炼胶、充油丁苯橡胶炭黑母炼胶、高苯乙烯丁苯橡胶、羟基丁苯橡胶和液体丁苯橡胶等。
60年代中期，溶液聚合丁苯橡胶(S—SBR)开始问世。
目前，丁苯橡胶(包括胶乳)的产量约占整个合成橡胶生产量的55%，是合成橡胶中产量和消耗量最大的胶种。
最通用的品种有：SBR1500、SBR1502、SBR1712、SBR1778。
分子结构式
SBR的性能
丁苯橡胶是一种不饱和的烃类高聚物，溶解度参数约为. 在光、热、氧和臭氧作用下将发生物理化学反应，但其被氧化的作用比天然橡胶缓慢，即使在较高温度下老化反应的速度也较缓慢。
光对橡胶的老化作用不明显，但耐臭氧性比天然橡胶差。
脆性温度约为零下450C，低温性能稍差。
优点
(1)胶料不易焦烧和过硫，硫化平坦性好。
(2)耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性能等均比天然橡胶好。
高温耐磨性好，适用于乘用胎。
(3)加工中分子量降到一定程度后不再降低，因而不易过炼，可塑度均匀。
硫化胶硬度变化小。
(4)提高分子量可达到高填充。
充油丁苯橡胶的加工性能好。
(5)很容易与其它不饱和通用橡胶并用，尤其是与天然橡胶和顺丁橡胶并用，经配方调整可以克服丁苯橡胶的缺点。
并用
1、与天然橡胶并用
与天然橡胶并用可改善丁苯橡胶的自粘性，提高撕裂强度、弹性及拉伸强度等。
混炼方法：
# 塑炼天然橡胶，使两者粘度相近再掺合，有利于配合剂的分散，减少胶料的焦烧。
2、与顺丁橡胶并用
可以提高硫化胶的弹性和耐磨性能。
顺丁橡胶比例增大时，低温性能尤能得到改善。
增加顺丁橡胶并用量，开炼机混炼难度加大；但密练机混炼胶料温度会低些。
并用比最好不要超过50%。
高炭黑高软化剂的配方，顺丁橡胶的并用比可进一步提高。
应用
丁苯橡胶大部分用于轮胎工业，其它产品有汽车零件、工业制品、电线和电缆包皮、胶管、胶带、鞋类、运动器件和玩具等。