丙烯酰胺共聚物乳液增稠剂的合成及性能研究

Abstract: Slightly crosslinked acrylam ide copolymer was synthesized by inverse emulsion polym erization w ith acrylam ide (AM ) and sodium 2 - acrylam ino - 2 - methylp ropane sulfonate ( SAM PS) as monom ers and N , N ′- methylene - bi - acrylam ide (MBA ) as crosslinking agent. Under the conditions as: n (AM ) ∶ n ( SAM PS) = 3 ∶2; dosages ( all exp ressed as m ass fraction of total monomers) of MBA = 0108% ; ammonium persulfate = 0103% ; isop ropanol = 013% ; sodium bisulfate = 0106% ; the synthesized p roduct showed excellent thickening and resistance to electrolytes performance. V iscosity of aqueous solution of the thickner at 1% concentration achieves can be higher than 110 ×105 mPa· s. V iscosity retention of aqueous solution of the thickener of 112% concentration w ith addition of 011% (w ) of M gCl2 and NaC l achieves 32176% and 24166% respectively. Residual AM content in the p roduct < 2 m g / kg. Time needed for inverse polymerization < 15 s. Key words: additives of cosmetic; acrylam ide copolymer; thickener; inverse emulsion polym erization
113 聚合物乳液中聚合物含量的测试
500 mL 烧杯中加入 300 mL 丙酮 , 用一次性滴 管 , 称取 10 g左右丙烯酰胺共聚物乳液或聚合物 A , 呈线状加入烧杯中 , 静置 30 m in, 用玻璃棒将析出的 固体颗粒碾碎 , 继续静置 2 h后 , 抽滤 , 用干净的丙 酮清洗数次 , 将得到的固体粉末在 105 ℃烘箱中干燥 2 h, 最后称重 、计算该乳液的聚合物含量 。
Syn thesis of acrylam ide copolymer th ickener by emulsion polymer iza tion and its performance
WANG Fei, YUAN L i - xin, ZHANG Ruo - xin ( Guangzhou Tinci H igh - Tech M aterial Co. , L td. , Guangzhou 510760, China)
近年来 , 水溶性高分子在很多领域得到了广泛的 应用 , 如石油开采 、水处理 、油漆和化妆品等 。在化 妆品领域中 , 水溶性高分子可作为成膜剂 、定形剂 、 悬浮剂 、分散剂和增稠剂使用 [ 1 ] 。早期作为增稠剂 使用的水溶性高分子主要为天然水溶性高分子或半合 成水溶性高分子 , 如瓜尔胶 、纤维素及其改性物等 。 一般而言 , 这类物质的产量和质量受气候的影响较 大 , 且易滋养细菌 , 而合成水溶性高分子增稠剂具有 质量稳定性好和增稠效率高的优点 , 并且可以通过分
油相的配制 : 在 2 L 烧杯中加入 369 g ISOPAR M 和 43 g Span80, 搅拌溶解 。
水相和油相配制完成后 , 将水相加入到油相 , 通 过强烈搅拌配制成稳定的单体乳液 , 然后将其转移到 配有搅拌桨 、温度计和氮气管的 2 L 四口烧瓶中 , 开 启搅拌 , 通氮气 30 m in后 , 以一定的速度滴加质量 分数为 2%的亚硫酸氢钠水溶液 20 g (单体总质量的 0106% ) , 控制滴加 速 度 , 使 反 应 温 度 逐 步 升 高 到 45 ℃, 然后控温在 (45 ±1) ℃下反应 。最后加入过 量的引发剂进行残留单体的消除反应 。聚合完成后将 体系温度降低到室温 , 加入 48 g反相剂 AEO7 , 搅拌 均匀 , 以加快乳液在水中的反相时间 。
115 聚合物乳液反相时间的测试
在 500 mL 烧杯中加入 300 mL 去离子水 , 将搅拌 桨的转速调节为 500 r/m in, 然后将 3 g乳液一次性加 入 , 记录开始加入乳液到旋涡消失所用的时间 , 将此 时间标记为聚合物乳液的反相时间 。
2 结果与讨论
211 丙烯酰胺共聚物乳液的增稠性能
112 丙烯酰胺共聚物乳液增稠剂的制备
水相的配制 : 向装有 235 g去离子水的 2 L 烧杯 中加 211 g AM 和 410 g AM PS, n (AM ) ∶n (AM PS) = 3∶2, 搅拌溶解 , 用质量分数 32%的 NaOH 水溶液将 体系 中 和 为 中 性 , 使 其 中 的 AM PS 完 全 转 化 为 SAM PS, 最 后 加 入 01534 g MBA (单 体 总 质 量 的 0108% ) , 210 g异丙醇 (单体总质量的 013% ) 和 012 g过硫酸铵 (单体总质量的 0103% ) 。其中单体 总质量以 AM 和 SAM PS质量的总和计 。
1 实验部分
111 主要试剂和仪器
丙烯酰胺 (AM ) , 工业级 , 山东淄博张店东方 化学股份有限公司 ; 2 - 丙烯酰胺基 - 2 - 甲基丙磺酸 (AM PS) , 特优级 , 山东联盟化工 ; ISOPAR M (溶 剂油 ) , 工业级 , 埃克森美孚公司 ; 过硫酸铵 , 分析 纯 , 广州化学试剂厂 ; 亚硫酸氢钠 , 分析纯 , 广州化 学试剂厂 ; Span80, 工业级 , 有利凯玛公司 ; 烷基聚 氧乙烯 (7) 醚 (AEO7 ) , 工业级 , 广州市盛强化工 有限公司 。JB90 - D 型强力电动搅拌机 , 上海标本模 型厂 ; DHL - A 型电脑恒流泵 , 上海精科实业有限公 司 ; JB - 2型恒温磁力搅拌器 , 上海雷磁新泾仪器有 限公司 ; FJ - 200 高速分散均质机 , 上海标本模型 厂 ; B rookfield RVT旋转黏度计和 B rookfield R / S p lus 流变仪 , 美国博力飞公司 。
为有效说明合成的丙烯酰胺共聚物乳液的增稠性 能 , 实验测定了不同浓度聚合物的水溶液黏度 , 并与 类似的进口产品聚合物 A 在相同条件下的增稠性能 进行了比较 , 结果如图 1所示 。
图 1 聚合物质量分数对聚合物水溶液黏度的影响
Fig11 Effect of polymer content on viscosity of aqueous solution of po lym e r
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研究与开发 日 用 化 学 工 业 第 38卷
从图 1可以看出 , 丙烯酰胺共聚物乳液和进口聚 合物 A 都具有高效的增稠性能 , 当聚合物质量分数 达到 1%时 , 水溶液的黏度已达到 100 Pa · s, 呈现 黏稠的膏体状态 , 完全失去流动性 。在聚合物低质量 分数 ( < 017% ) 下 , 丙烯酰胺共聚物乳液的增稠性 能略低于 进 口 商 用 聚 合 物 A , 而 当 w (聚 合 物 ) > 017%时 , 丙烯酰胺共聚物乳液的增稠性能要明显优 于进口商用聚合物 A。
子 。实验以丙烯酰胺和 2 - 丙烯酰胺基 - 2 - 甲基丙 磺酸钠 ( SAM PS)作为共聚单体 [ 4, 5 ] ,采用反相乳液聚 合法合成微交联型丙烯酰胺 /2 - 丙烯酰胺基 - 2 - 甲 基丙磺酸钠共聚物乳液 ,研究该聚合物乳液的溶解性 能 、增稠效率和耐电解质性能 ,并与进口商用聚合物 A (交联型聚丙烯酰胺乳液 )进行各项性能的对比 。
摘要 : 以丙烯酰胺 (AM ) 和 2 - 丙烯酰胺基 - 2 - 甲基丙磺酸钠 ( SAM PS) 为聚合单体 , N , N ′- 亚甲基双丙烯酰胺 (MBA ) 为交联剂 , 采用反相乳液聚合法 , 合成了微交联型丙烯酰胺共聚物乳液 。当 n (AM ) ∶n ( SAM PS) = 3∶2, MBA 为单体总质量的 0108% , 过硫酸铵为单体总质量的 0103% , 异丙醇为单体总质量的 013% , 亚硫酸氢钠为单体总质量 的 0106%时 , 合成产物具有优良的增稠性能和耐电解质性能 。测试结果表明 , 质量分数 1%的聚合物水溶液黏度大于 110 ×105 mPa·s, 质量分数 112%的聚合物水溶液在质量分数 011%氯化镁和氯化钠存在时的黏度保持率分别为 32176%和 24166%。另外该聚合物乳液的残留丙烯酰胺 2 mg/ kg, 反相时间 15 s。 关键词 : 化妆品添加剂 ; 丙烯酰胺共聚物 ; 增稠剂 ; 反相乳液聚合 中图分类号 : TQ658 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 1803 (2008) 03 - 0156 - 04
212 水溶液 pH 值对丙烯酰胺共聚物乳液增 稠性能的影响
114 聚合物水溶液的配制和黏度测量
在 500 mL 烧杯中加入一定量的去离子水 , 在搅 拌状态下一次性滴加一定量的聚合物乳液 , 搅拌约 10 m in～15 m in, 使其充分溶解 。若测试电解质对水 溶液黏度的影响 , 则电解质在聚合物的水溶液配制完 成后加入 ; 若测试不同 pH值条件下聚合物水溶液黏 度 , 则先将去离子水调节到相应的 pH 值后再进行聚 合物水溶液的配制 。除流变仪测量数据外 , 所有黏度 值均由 B rookfield RVT旋转黏度计在 5 r/m in测得 。