聚苯乙烯微球的制备

乳液法聚苯乙烯纳米微球的制备

摘要：采用十二烷基硫酸钠为乳化剂、过硫酸盐为引发荆、苯乙烯为单体，在低水油比的条件下，采用乳液聚合方法合成了聚苯乙烯纳米微球，探讨了乳化剂用量、乳化时间、反应温度、引发剂用量和反应时间对单体转化率及产物分子量的影响。结果表明：在低水油比条件下，反应参数对苯乙烯的转化率和聚苯乙烯的分子量具有一定的影响。在最优条件下苯乙烯的转化率达到98％、聚苯乙烯的分子量达到32万。激光粒度分布测试结果显示，所得产物为单分散纳米微球。

作者以十二烷基硫酸钠为乳化剂，在低水油比100：30的条件下，合成了单分散的聚苯乙烯微球，探讨了反应参数对苯乙烯转化率及产物分子量的影响规律。

试剂及仪器

苯乙烯(St)，天津市科密欧化学开发中心；磷酸三钠，天津新通精细化工有限公司；十二烷基硫酸钠，天津市化工试剂二厂；过硫酸铵，天津市化学试剂开发公司；无水氯化钙，天津市天达净化材料精细化工厂。以上试剂为分析纯。乌氏粘度计，直径0.5～0.6mm；激光粒度测试仪，ZETASIZER 300HSA，英国MALVERN。

聚苯乙烯(PSt)纳米微球的制备

实验操作

在装有搅拌器、滴液漏斗、温度计和回流冷凝管的三口瓶中加入乳化剂十二烷基磺酸钠（溶于部分蒸馏水）和部分苯乙烯（AR），待乳化剂全部溶解，称1g过硫酸钾（AR），用5mL水溶解于小烧杯中，将此溶解的一半倒入反应的三口瓶中，开动搅拌器，加热恒温槽，反应温度在控制要求左右。然后用滴液漏斗滴加剩余的苯乙烯，滴加速度不宜过快，加完后把余下的过硫酸钾加入反应的三口瓶中，继续加热，使之回流，逐步升温，以不产生大量泡沫为准，最后升到85℃，无回流为止。停止加热，冷却到50℃后，聚苯乙烯样品待后处理。

破乳

将聚苯乙烯的乳液在室温下搅拌，滴加氯化钠水溶液，用蒸馏水稀释，真空抽滤，再把样品放入离心机中离心6min，拿出样品用蒸馏水重复洗涤抽滤3次；再用乙醇洗涤抽滤3次，用恒温水浴锅把多余无水乙醇及水蒸干，晾干，置于105℃烘箱内半小时，干燥得到白色产品。

乳化剂用量对苯乙烯转化率和聚苯乙烯分子量的影响

由图1可见，苯乙烯的转化率随乳化剂用量的增加而提高。这是由于随着乳化剂用量的增加，形成的胶束量增多，在乳液中生成更多活性胶束中心，故苯乙烯转化率提高。聚苯乙烯的分子量随乳化剂用量的增加也呈现增大的趋势。这是

由于，随着乳化剂用量的增加，在乳液

中生成更多的乳胶束，在相同引发剂浓度的条件下，扩散进乳胶粒中的自由基几率降低，因此链终止速率减小，使得聚苯乙烯分子量升高。

反应温度对苯乙烯转化率和聚苯乙烯分子量的影响

由图2可见，苯乙烯的转化率随着温度的升高先升高后降低，在75℃时达到最高。随着反应温度的持续升高，在乳液中形成的胶束很不稳定，进入胶束中的苯乙烯单体减少致使苯乙烯转化率降低。聚苯乙烯的分子量随反应温度升高也存在着最大值。

乳化时间对苯乙烯转化率和聚苯乙烯分子量的影响(图3)

由图3可见，苯乙烯转化率随着乳化时间的延长而逐渐升高。随着乳化时间的延长，乳液充分乳化，形成更多均一胶束，进入胶束中的苯乙烯单体量增多，使得苯乙烯单体的转化率增加。聚苯乙烯的分子量也随着乳化时间延长逐渐增大。

引发剂用量对苯乙烯转化率和聚苯乙烯分子量的影响

由图4可见，苯乙烯转化率随引发剂用量的增大而提高。随着引发剂用量的增加，引发剂产生的游离基数目增多，在反应过程中引发形成的活性胶束的浓度增大，而聚合速率与乳液中活性胶束的浓度成正比，所以苯乙烯单体的转化率随引发剂用量的增大而提高。聚苯乙烯的分子量随着引发剂用量的增加而增大。随着引发剂用量的增加，引发剂产生的自由基数目增多，自由基进入乳胶粒的频率增大，苯乙烯单体转化率提高，致使产物分子量增大

反应时间对苯乙烯转化率和聚苯乙烯分子量的影响

由图5可见，苯乙烯转化率随着反应时间的延长呈现升高的趋势，因为随着反应时间的延长苯乙烯单体不断进人胶束反应量增加，故其转化率提高。聚苯乙烯分子量随着反应时间的延长出现了增大的趋势。因为随着反应时间的延长，乳胶束中的聚合物浓度增加、粘度增加，降低了链终止速率，最终聚苯乙烯的分子量增大。