苯丙乳液的合成及其改性
苯丙乳液的改性及性能研究
摘要目前人们对生活品质的要求在不断提高，绿色环保的理念深入人心，苯丙乳液作为水性涂料的成膜物质具有污染小，成膜温度低，粘结强度高等优点。
但是在耐水性，防腐性，耐磨性等方面存在一些不足，因此对其进行功能化改性受到了广泛的重视。
本文首先综述了近年来石墨烯，有机硅，有机氟，自交联单体等功能性原料改性丙烯酸酯乳液的研究进展，同时详细的介绍了改性后的丙烯酸树脂乳液的应用，并对今后的发展进行展望。
其次利用不同的功能单体对苯丙乳液进行改性，并对制备的乳液的性能进行一系列的分析和研究。
研究结果表明，采用羟甲基丙烯酰胺/丙烯酸、双丙酮丙烯酰胺/己二酸二酰肼、乙烯基三乙氧基硅烷为交联单体，当羟甲基丙烯酰胺/丙烯酸含量为5%时，乳液的吸水率达到最低; 双丙酮丙烯酰胺和己二酸二酰肼比例为1:1时，乳胶膜的交联度最大; 乙烯基三乙氧基硅烷含量为4%时，乳胶膜表现出了优异的耐热性能，且乳液及乳胶膜的综合性能达到最好。
最后采用KH560、KH570和KH590三种硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行表面修饰，然后通过机械共混的方法将功能化氧化石墨烯添加到苯丙乳液中完成对苯丙乳液的改性。
结果表明，KH560、KH570和KH590添加量分别为0.5%、0.7%、0.3%时，乳液的防腐蚀性能、耐介质性和耐盐雾性能达到最优。
研究还发现，采用反应型乳化剂SR-10，且当叔碳酸乙烯酯和苯乙烯的质量比为1:9时乳液的吸水率最低，乳液和乳胶膜的综合性能最好。
关键词苯丙乳液；自交联；氧化石墨烯；硅烷偶联剂；叔碳酸乙烯酯AbstractIn recent years, people's requirements for quality of life are constantly improving, and the concept of green environmental protection is deeply rooted in people's minds. As a film-forming substance for water-based paints, styrene-acrylic emulsion has advantages of low pollution, low film forming temperature and high bonding strength. However, styrene-acrylic emulsion has some shortcomings in water resistance, corrosion resistance and wear resistance, so its functional modification has received extensive attention.First, the research progress of acrylate emulsion modified by graphene, silicone, organic fluorine and self-crosslinking monomer in recent years were reviewed in this paper. The application of modified acrylic resin emulsion was introduced in detail, and the future development was prospected. Then styrene-acrylic emulsion was modified by different functional monomers, and the properties of the prepared emulsions were analyzed and studied. The results showed that the water absorption rate of the emulsion was the lowest when the amount of hydroxymethylacrylamide/acrylic acid was 5%, using hydroxymethylacrylamide/acrylic acid, diacetoneacrylamide/adipic acid dihydrazide and vinyltriethoxysilane as crosslinking monomers; when the ratio of diacetone acrylamide to diacylhydrazide adipate was 1:1, the crosslinking degree of latex film was the highest; and when the content of vinyltriethoxysilane was 4%, the latex film showed excellent heat resistance, and the comprehensive properties of the latex and the latex film were the best. Finally, three silane coupling agents KH560, KH570 and KH590 were used to modify the surface of graphene oxide, and then functional graphene oxide was added to styrene-acrylic emulsion by mechanical blending to achieve the modification of styrene-acrylic emulsion. The results showed that the anti-corrosion, medium resistance and salt spray resistance of the emulsion were the best when the dosages of KH560, KH570 and KH590 were 0.5%, 0.7% and 0.3% respectively. It was also found that when reactive emulsifier SR-10 was used and the mass ratio of tertiary vinyl carbonate to styrene was 1:9, the water absorption rate of the emulsion was the lowest, and the comprehensive properties of the emulsion and the latex film were the best.Key words Styrene-acrylic Emulsion；Self-crosslinking；Graphene oxide；Silane coupling agent；Vinyl tertiary carbonate目 录摘要 (I)Abstract (III)第章绪论1 (1)1.1 概述 (1)1.2 丙烯酸乳液的功能化改性 (1)1.2.1 石墨烯改性 (1)1.2.2 环氧树脂改性 (2)1.2.3 有机硅改性 (3)1.2.4 有机氟改性 (3)1.2.5 其他方法改性 (4)1.3 自交联单体对丙烯酸乳液的改性 (5)1.3.1 羟甲基丙烯酰胺及其衍生物的交联体系 (5)1.3.2 酮肼的交联体系 (5)1.3.3 甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）交联体系 (6)1.4 功能性丙烯酸乳液的应用 (7)1.4.1 功能性涂料 (7)1.4.2 粘合剂 (7)1.5 展望 (7)1.6 本本本的研究目的及意本 (8)1.7 本本本的本要研究内容 (8)1.8 本论文的本本本本 (8)第2章含氟自交联苯丙乳液的改性及性能研究 (9)2.1 概述 (9)实实部分2.2 (9)2.2.1 实实原料和实实设备 (9)2.2.2 乳液的合成 (11)2.2.3 性能测试 (12)2.3 结果与结论 (13)2.3.1 N-MA/AA对乳液性能的影响 (13)2.3.2 DAAM和ADH对乳液性能的影响 (19)2.3.3 硅氧烷（VTES）对乳液性能的影响 (22)2.4 本章小结 (27)第3章石墨烯改性苯丙乳液的制备及性能研究 (29)3.1 概述 (29)3.2 实实部分 (29)3.2.1 实实原料和试实设备 (29)3.2.2 实实过程 (30)3.2.3 性能测试 (31)3.3 结果与结论 (32)3.3.1 不同硅烷偶联剂改性氧化石墨烯的红外分析 (32)3.3.2 不同硅烷偶联剂改性氧化石墨烯的热重分析 (34)3.3.3 不同硅烷偶联剂改性氧化石墨烯的接触角分析 (35)3.3.4 不同硅烷偶联剂改性氧化石墨烯的扫描电镜分析 (36)3.3.5 不同硅烷偶联剂功能化的氧化石墨烯改性苯丙乳液的性能分析 (37)3.4 本章小结 (41)第4章叔碳酸乙烯酯改性苯丙乳液的制备及性能研究 (43)4.1 引引 (43)4.2 实实部分 (43)4.2.1 实实原料和实实设备 (43)4.2.2 乳液的合成 (44)4.2.3 性能测试 (45)4.3 结果与结论 (45)4.3.1 不同叔碳酸乙烯酯含量对苯丙乳液的影响 (45)4.3.2 不同乳化体系对苯丙乳液的影响 (49)4.4 本章小结 (53)结论 (55)参参文献 (57)攻攻硕士学位期攻所发表的论文 (63)致谢 (65)第1章绪论1.1概述近年来全球范围内环保法规的收紧，政府对涂料行业有机化合物（VOC）的排放量提出了更加严格的要求。
苯丙乳液的合成及内墙乳胶漆的制备实验存在问题及对策
任务名称：苯丙乳液的合成及内墙乳胶漆的制备实验存在问题及对策引言在建筑装饰和维护中，内墙乳胶漆是一种常用的涂料。
而苯丙乳液是制备内墙乳胶漆的重要原料。
本文将探讨苯丙乳液的合成及内墙乳胶漆的制备实验中存在的问题，并提出对策，以期对相关领域的研究和应用有所启发。
一、苯丙乳液的合成问题及对策1. 制备过程中的反应条件控制不当苯丙乳液的合成过程中，反应条件的控制至关重要。
常见的问题包括温度、反应时间和酸碱度的控制不当。
对策： - 温度控制：确保反应温度在适当的范围内，避免副反应的发生。
- 反应时间控制：确保反应时间充分，以达到理想的反应程度。
- 酸碱度控制：采用合适的酸碱催化剂，并控制好其用量，确保反应溶液的酸碱度适中。
2. 原料质量存在问题苯丙乳液的合成过程中，原料的质量会直接影响最终产品的质量。
常见的问题包括原料的纯度不高、杂质含量过高等。
对策： - 选择高纯度的原料，确保原料的质量符合要求。
- 进行严格的原料检验，排除杂质的干扰。
- 在合成过程中对原料进行预处理，如过滤、脱水等，以提高最终产品的纯度。
3. 合成工艺存在问题苯丙乳液的合成过程中，合成工艺的选择和操作的规范性都对最终产品的质量有着重要影响。
对策： - 选择合适的合成工艺，根据实际情况进行调整和改进。
- 规范操作流程，确保每个步骤的操作都符合要求。
- 进行充分的试验和实验室规模生产，以确定最佳的工艺参数。
二、内墙乳胶漆制备实验中存在的问题及对策1. 乳胶漆配方设计问题内墙乳胶漆的配方设计是制备过程中的重要环节。
常见的问题包括成膜性能不佳、附着力不足等。
对策： - 选择合适的基料、助剂和填料，以提高乳胶漆的成膜性能和附着力。
- 优化配方比例，使得不同成分之间的相容性更好。
- 根据使用环境的要求，调整配方，以提高乳胶漆的抗污染性能、耐久性等。
2. 乳液稳定性问题内墙乳胶漆中的乳液稳定性是制备过程中的关键问题。
乳液的不稳定性会导致漆膜不均匀、斑驳等问题。
苯丙乳液的改性研究
研究报告及专论粘接卸∞，Ｐ７（７）苯丙乳液的改性研究甘孟瑜，谈尊燕，杨治国（重庆大学化学化工学院，重庆４０００４４）摘要：在苯丙乳液制备的基础上，探讨了丙烯酸、Ｎ－羟甲基丙烯酰胺、二乙烯基苯、丙烯腈和三聚氰腚等不同改性荆对乳液性能的影响。
关键词：苯丙乳液：改－胜剂：改性研究中图分类号：ＴＱ４３３４’３３文献标识码：Ａ文章编号：１００１—５９２２（２００６）叭一００２５一０２苯丙乳液是由苯乙烯、丙烯酸酯类和少量丙烯酸共聚的乳液，此乳液被广泛地用于涂料行业：虽然苯丙乳液具有优良的性能．但存在成膜温度高、胶膜硬度低、耐水性差等缺点。
本文采用种子半连续法合成了一种苯雨乳液，叉用多种改性单体对其进行了共聚改性，考查了各种改性方法的效果。
１实验部分１１实验原料甲基丙烯酸甲酯，化学纯，天津市化学试剂研究所；丙烯酸丁酯，分析纯，天津市光复精细化工研究所；丙烯酸，分析纯，中国医药Ｅ海化学试剂公司；苯乙烯，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；过硫酸钾，化学纯，中国上海建新试剂厂；十二烷基苯磺酸钠，化学纯．中国医药集团上海化学试剂公司；碳酸氧钠，化学纯，重庆北碚化学试剂厂；ｏＰ－１０，化学纯，无锡市科技实验二厂：丙烯腈，化学纯，上海三爱思试剂有限公司；三聚氰胺，化学纯，北京福星化工厂；Ｎ一羟甲基丙烯酰胺，化学纯，天津化学试剂研究所；二乙烯基苯．化学纯，天津化学试剂研究所。
１．２实验方法１２．１苯丙乳液的制备在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和滴液漏斗的四口烧瓶中加入乳化剂、水及苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯（１：１），搅拌预乳化，然后升温至８００ｃ，加入部分引发剂和缓冲剂制各种子乳液。
在２～３ｈ内滴加完丙烯酸丁酯和丙烯酸（１２：１）的混合单体，同时滴加剩余引发剂，滴加完毕后，保温３ｈ并以氨水调节ｐＨ值到７～８，得到苯丙乳液。
１２２乳液的改性在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和滴液漏斗的四口烧瓶中加入２０％的苯丙乳液，搅拌、升温到８０℃，将剩余乳液、改性单体及改性剂在ｌｈ左右同时连续匀速滴加到体系中，滴加完毕后，保温１ｈ左右并【＝ｌ氨水调节ｐＨ值到７—８，自然冷却，出料。
改性苯丙乳液的制备
1735.41
1237.00 1170.39
3000
2000
1500
1000
cmcm--11
450.0
图 2 环氧苯丙乳液红外光谱图
Fig.2 FT-IR spectra of styrene-acrylic emulsiom
图 3 环氧苯丙乳液的粒径图 Fig.3 Particle size diagram of styrene-acrylic emulsion
但乳化剂用量过多，会导致涂膜吸水率提高。综合考虑，最佳 的乳化剂用量约为单体总量的 4 %。乳化剂配比对乳液的性能 也有一定的影响，实验中，通过固定乳化剂用量不变(4 %)而 改变乳化剂配比以确定其影响如表 3 所示，综合考虑固含量、 粘度以及吸水率表现，以最后两种情况较为符合要求。 2.4.2 环氧树脂用量的影响
2 测试结果与讨论
2.1 红外光谱检测
醚(OP-10)
采用 Perkin-Elmer Spectrum-2000 型傅立叶变换红外光谱
十二烷基硫酸钠(SDS) 烷基酚聚氧乙烯醚磺
化琥珀酸单酯钠盐
分析纯 化学纯
天津市光复精细化工研究所 上海忠诚精细化工有限公司
仪对样品进行分析，得到的光谱分别如图 1、图 2 所示。 图 1 为环氧树脂的红外光谱图，其中于 3492 cm-1 处的是
环氧树脂用量对乳液的稳定性和涂膜的交联程度均有一 定影响。从表 4 可以看出随着环氧树脂用量的增加，凝聚率先 下降后增加，这是因为环氧树脂与丙烯酸酯树脂发生化学键 合，增加了聚合物的交联度，从而改善了其稳定性，但过多的 环氧树脂由于与丙烯酸不相容而发生微相分层，影响了聚合稳
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广东化工
2010 年 第 3 期 第 37 卷 总第 203 期
苯丙乳液改性水泥修补砂浆的制备与性能研究
２１ 苯 丙 乳 液掺 量 对 稠 度 的 影 响 ．
使 水 泥砂 浆 的水 化 硬 化 时 间 延 长 ， 同 时 由于 乳液 具 有 引 气 作 用 ， 消 泡 剂 而 只 能 消 除一 部 分 气 泡 ， 以改 性 砂 浆 所 存 在 较 多 的气 孔 ， 丙 乳 液 掺 量 越 多 苯 气 孔 也 越 多 ， 以强 度 持 续 结果表 明 ， 准砂浆 中 ， 基 随 苯 丙 乳 液 的增 加 ， 浆 的 ７ 抗 折 强 砂 ｄ 度 逐 步 降低 ， ２ ｄ 折 强 度 则 接 近 而 ８抗
普 通 砂 浆 的抗 折 强 度 （ ４ ， 要 是 图 ）主
聚 合 物 的保 水 性 能 在 起 作 用 。 抗 压
量为 ３ ％时 ， 水 量达 到最 小 值 ， 水 用 减 率 最 大 ， 达 到 ２ ． ， 后 随 着 苯 可 ２ ％ 随 ９ 丙 乳 液 掺 量 继 续 增 加 ， 浆 所需 水 量 砂 又 逐 渐 增 加 （ ２ 。 随 着 苯 丙 乳 液 图 ） 的 加 入 ， 泥 砂 浆 的 凝 结 时 间 延 长 水
合 物 的 改 性 作 用 是 因 为 乳 液 在 水 泥 水 化 的 同 时 ， 水 成 膜 ， 住 了 水 泥 失 包
实 验结 果 表 明 ， 丙 乳 液 的掺 人 苯 显著 改 善 了水 泥砂 浆 的流 动性 （ 图
动 性 变 化 具 有 一 定 的 规律 性 ， 量 为 掺 ３ ％时 ， 准 砂 浆 与 掺 入 高 岭 土 砂 浆 基 的流 动 性 最佳 ， 度 值 分 别 达 １ ８ 稠 ０ ｍｍ 和 ８ ｍｍ； 量 为 ５ ８ 掺 ％时 ， 人 煅 烧 膨 掺
是 苯 丙 乳 液 可 以起 到 “ 滚珠 ” 效应 ， 而
且 其 中含 有 的 表 面 活 性 剂 可 对 水 泥 有 分 散 的作 用 ， 此 可 以增 加 稠 度 ， 因
苯丙乳液的聚合及其聚合工艺
关于苯丙乳液的聚合1.1 苯丙乳液聚合机理乳液聚合的机理HarKins首先做了定性的描述了。
他认为,当乳化剂溶于水时,若其浓度超过临界胶束浓度时，则乳化剂分子聚焦在一起形成乳化剂胶束。
在乳化剂溶液中加入难溶于水的单体并进行搅拌时，单体大部分分散成液滴，部分单体则增溶于乳化剂胶束中。
当水溶性的引发剂加入后，引发剂在水中生成自由基并扩散到胶束中去，并在那里引发聚合反应。
HarKins将理想乳液聚合机理分为三个阶段：第一阶段: 乳胶粒生成期从诱导期结束到胶束耗尽这一期间为聚合第一阶段。
在此阶段中,由于水相中引发剂分解出的自由基不断的扩散到胶束中,并在那里引发聚合反应,生成单体、聚合物粒子，既乳胶粒，随着反应的不断进行,新乳胶粒不断产生，使聚合反应进行一个加速期。
另一方面，随着放映的进行,乳胶粒的体积渐渐的增大，其表面积也随之增加，这样越来越多的乳化剂分子从水相被吸附到乳剂粒表面上，因而破坏了乳化剂与胶束间的平衡。
胶束中的乳化剂分子不断补充入水相，直到转化率达到一定程度后，水相中的乳化剂浓度下降到临界胶束浓度以下，胶束即告消失。
此时，不再有新的乳胶粒生成，聚合体系中的乳胶粒不再变化，至此反应转入第二阶段。
第二阶段：反应恒速期从胶束消失到单体液滴消失这一期间为第二阶段。
此阶段由于胶束的消失，体系中不再有新的乳胶粒生成，总的乳胶粒数目保持不变。
且随着聚合反应的进行，单体液滴中的单体不断扩散入乳胶粒中，使粒子中的单体浓度不变，所以此阶段聚合速率保持不变，直至单体液滴消失，聚合速率下降，反应转入第三阶段。
第三阶段：降速期从单体液滴消失至聚合反应结束为第三阶段。
此阶段由于单体液滴的消失，不再有单体经水相扩散进入乳胶粒，故乳胶粒中进行的聚合反应只能靠消耗粒子中贮存的单体来维持，使聚合速率不断下降，直至乳胶粒中的单体耗尽，聚合反应也就停止1.2 乳液聚合工艺生产聚合物乳液和乳液聚合物有多种工艺可供选择。
如间歇工艺、半连续工艺、连续工艺补加乳化剂工艺及种子乳液聚合工艺等。
苯丙乳液改性的研究与应用进展
行业动态2018·03141Chenmical Intermediate当代化工研究苯丙乳液改性的研究与应用进展＊夏 伟（海南科技职业学院 海南 571126）摘要：本文对最近几年苯丙乳液改性的运用和发展进行探究，详细阐述了有机氟、有机硅、环氧树脂、蒙脱土、纳米材质等几种苯丙乳液的改性，并指明苯丙乳液改性的发展趋势。
关键词：改性；苯丙乳液；探究；发展中图分类号：O 文献标识码：AProgress in the Research and Application of Styrene Acrylic Emulsion ModificationXia Wei（Hainan V ocational College of Science and Technology, Hainan, 571126）Abstract ：This paper explores the application and development of styrene acrylic emulsion modification in recent years, and expounds themodification of several kinds of styrene acrylic emulsion, such as organic fluorine, organosilicon, epoxy resin, montmorillonite, nano material and so on, and points out the development trend of the modification of styrene acrylic emulsion.Key words ：modification ；styrene acrylic emulsion ；exploration ；development苯丙乳液是由丙烯酸酯单体与苯乙烯聚合而成，在金属层涂料、建材涂料、粘合剂等领域被普遍运用。
实验24苯乙烯—丙烯酸酯乳液的制备
实验24 苯乙烯—丙烯酸酯乳液的制备一、实验目的1．学习乳液聚合的原理；2．学习聚苯乙烯乳液的合成方法；3．掌握聚苯乙烯和聚丙烯酸酯的红外特征峰；4．利用热失重分析仪（TGA ）研究共聚物的热稳定性；5．掌握凝胶渗透色谱仪（GPC ）的原理、使用和数据处理。
二、实验原理苯乙烯－丙烯酸酯（苯丙）乳液是苯乙烯（St ）、丙烯酸酯类、丙烯酸类的多元共聚物的简称，是一大类容易制备、性能优良、应用广泛且符合环保要求的聚合物乳液[1]。
单体是形成聚合物的基础，决定着其乳液产品的物理、化学及机械性能。
合成苯丙乳液的共聚单体中，苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等为硬单体，赋予乳胶膜内聚力而使其具有一定的硬度、耐磨性和结构强度；丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯等为软单体，赋予乳胶膜以一定的柔韧性和耐久性。
丙烯酸为功能性单体，可提高附着力、润湿性和乳液稳定性，并赋予乳液一定的反应特性，如亲水性、交联性等。
除了丙烯酸以外，功能性单体还有丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯氰等[2, 3]。
苯丙乳液是用苯乙烯部分或全部代替纯丙烯酸酯系乳液中的甲基丙烯酸甲酯(MMA)的一种共聚乳液。
由于纯丙烯酸酯聚合物分子链中含有极性酯基，其耐水性较差，胶膜吸水后易发白；在一定条件下酯基还会分解而影响产品性能。
另外，丙烯酸酯聚合物特别是线性聚合物容易高温发粘，耐沾污性下降，低温变脆，韧性变差，即所谓“低脆高粘”，其耐热性也较差，高温下易泛黄。
St 与MMA 的均聚物T g 相近，采用St 替代部分MMA ，在共聚物中引入苯乙烯链段，可有效提高胶膜的耐水性、耐碱性、抗污性和抗粉化性；同时刚性苯环抑制了聚合物分子的运动，从而可提高聚合物的硬度和耐热性。
此外，引入St 还使成本大为降低[4]。
单体的组成，特别是硬单体与软单体的比例，会使苯丙乳液的许多性能发生变化，其中最主要的是乳胶膜的硬度和乳液的最低成膜温度会有显著的变化。
共聚单体的组成与所得的玻璃化温度g T 的关系如式（1）所示：3121231...i g g g g giw w w w T T T T T （1） 式中，i w 为共聚物中各单体的质量分数，g T 为共聚物玻璃化温度（单位为K ），gi T 为共聚物中各单体的均聚物的玻璃化温度。
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[6]V.N Kislenko, Emulsion graft polymerization: mechanism of formation of dispersions, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 152, Issues 1–2, 15 July 1999, Pages 199-203
教师对实验方案设计的意见
签名：
年 月日
二、实验报告
1、实验步骤与现象
（1）苯丙乳液的合成
实验步骤
实验现象
备注
单体预乳化
a.在250ml三口烧瓶中，加入50ml水，1.7g十二烷基硫酸钠，1.7gJS86，磁力搅拌15min使其溶解
乳化剂逐渐溶解、颜色变为澄清透明
b.在上述溶液中依次加入1.4ml丙烯酸，6.6ml甲基丙烯酸甲酯，15.6ml丙烯酸丁酯，15.7ml苯乙烯，室温下搅拌乳化30min。
液滴中单体耗尽后，聚合反应只在残存于聚合物颗粒中的单体上进行，而这些单体也逐渐减少，所以反应速度就逐渐减慢了，直至这些单体耗尽，于是聚合反应就终止了，这称为第三阶段。
乳液聚合技术重要的特征为分隔效应，即聚合增长中心被分隔在为数众多的聚合场所内， 这一特征使得乳液聚合过程具有较高的聚合速度以及产物分子量高等优点， 同时还使生产工艺乃至产品结构和性能易于控制和调整，通过聚合工艺来实现聚合物结构和性能的优化。 乳液聚合方法及聚合产物也存在自身的缺点。例如，自由基碎片及乳化剞的存在使得乳液聚合产物不能高于高纯领域；与本体聚合相比，乳液聚合的反应器有效容积量由于分散介质的存在而被降低。
3．实验装置与材料
（1）实验设备
三口烧瓶、冷凝管、恒压滴液漏斗、电动搅拌器、恒温浴、温度计、玻璃棒、烧杯、分析天平
（2）实验药品
药品名称
分子量
规格
用量
苯丙乳液
苯丙乳液改性
十二烷基硫酸钠
288.38
A.R
1.7g
3.4g
JS86
1.7g
3.4g
丙烯酸
1.4ml
1.4ml
甲基丙烯酸甲酯
6.6ml
6.6ml
iv．乳化搅拌时间：越长越好，反应前总时间多于 1 个半小时。
(4)实验数据处理方法
a.乳液凝胶率：将制备的乳液过滤，残余物置于烘箱中烘干称重。
凝胶率=[（凝胶物质量）/（单体总质量）]*100%
b.乳液固含量：将大约1ml产品滴加到玻璃片上，并称量其质量，然后将产品置于烘箱中烘干称重。
固含量=[(烘干后总质量)/（烘干前总质量）]*100%
实验室
小组成员
1. 实验目的：
（1）熟悉乳液聚合，掌握用双羟基四配位硅改性苯丙乳液的制备方法和原理；（2）学会测定乳液的粘度、粒径分布、凝胶率、稳定性等的方法；
（3）学会测定乳液成膜后的各种性能，如吸水率、附着力等，根据其性能分析产品。
（4）研究苯丙乳液改性后与改性前的差异。
2．实验原理
（1） 乳液聚合借助于表面活性剂使单体（乙烯基单体）在水相中进行自由基聚合能当场乳化为均一的、相当稳定的乳液。乳液聚合是非常复杂的过程。Harkin 以苯乙烯为单体提出了乳液聚合的机理。在一个水、单体和乳化剂的混合物中，乳化剂浓度大于临界胶束浓度（CMC），所以在这体系中有胶束存在，在搅拌下，单体将会在水相中乳化成单体液滴，胶束亲油的核将会包含着单体。这样的体系内有两个平衡存在，一个是在胶束上的、 在界面上的和以单分子形式存在的三者之间的平衡；另一个是在胶束中的、在单 体液滴界面上和以单分子形式存在着的三者之间的平衡，这两个平衡是动态的，是不断地在交换着乳化剂，有吸附和脱吸附；有交换、在增加着或减少着。当这混合物加热到一定温度，并投入水溶性引发剂后，就产生自由基，引发了溶解在水中的单体，并进行链增长，经过几次的增长，形成了有一个亲油基和亲水基（水溶引发剂的断列基）的低聚物。这样的分子具有表面活性剂的特性，因而进入了表面的平衡中，移向包含单体的胶束（胶束的个数最多，面积最大， 故几率也最大），引发了胶束内的单体。当单体进入胶束，使胶束内的聚合反应继续进行，聚合物的颗粒也随之增大，即表面积也随之增大，也即界面随之增大，使表面活性剂的分配不平衡，导致溶解在水相中的表面活性剂移过来，胶束中的进入水中，以建立新的平衡。
蓝光更加明显
e.当单体预乳化液滴加完毕后，再加入由0.5g过硫酸钾和10ml水溶解配成引发剂溶液。缓慢升温至90℃，熟化1h
乳液开始变粘稠
严格控制温度在90℃左右
f.冷却反应液至60℃，加氨水调pH至8（微碱性），出料
出料呈乳白色并呈现微黄，溶液呈液体状，没有粘性，在光线下呈现微蓝色
冷却应在室温下冷却，不宜用冷水骤冷
丙烯酸丁酯
128.17
A.R
104.14
A.R
15.7ml
15.7ml
氨水
--
--
适量
适量
有机硅（KH-570）
--
--
--
1.44ml
乙二醇
62.07
A.R
--
0.4ml
过硫酸钾
170.32
A.R
1.5g
1.5g
设备装置图
4.实验方法步骤及注意事项
（1）实验流程图
（2）实验详细步骤
ii.聚合
称取0.5g过硫酸钾于锥形瓶中，用10ml水溶解配成引发剂溶液，置于三口烧瓶中。将1/3的单体预乳化液置于恒压滴液漏斗中，搅拌并升温至78℃后，缓慢滴加完毕，使三口瓶中的溶液呈微蓝色。然后加入由0.5g过硫酸钾和10ml水溶解配成引发剂溶液，并滴加2/3的单体改性预乳化液，2.5h内滴完。当单体改性预乳化液滴加完毕后，再加入由0.5g过硫酸钾和10ml水溶解配成引发剂溶液。缓慢升温至90℃，熟化1h，冷却反应液至60℃，加氨水调pH至8（微碱性），出料。
随着聚合反应的行进，胶束最终全部消失。从此时起不再有在胶束内形成的聚合物了。这就是说，反应体系中的聚合物颗粒数从此开始恒定了。这称为第一阶段。
在这阶段以后，聚合反应的速度就受控于单体从单体液滴经水相移向成长中聚合物颗粒的速度了，在这阶段中，总的反应速度是加速的，因为成长中的聚合物颗粒是在不断地增加着的。 随着自由基不断地在水相中产生，低聚物自由基也不断地产生，不断进入聚合物颗粒。如果进入的是一个正在链增长的聚合物颗 1粒，由于自由基的高反应性，那么两个自由基相互反应会立即使链终止，待另一个低聚自由基再次进入后使链增长重新开始。这样，从整个体系统计地说，有一半颗粒处于链增长状态，另一半处于链终止状态。这样反复地进行，直至液滴中单体耗尽，这称为第二阶段。在这阶段中由于颗粒数基本上是恒定的，所以反应速度也基本上是恒定。
溶液变为乳白色，有刺激气味产生
注意控制搅拌速度
c.取2/3的单体预乳化液，加入1.44ml有机硅（KH-570）和0.4ml乙二醇，室温下搅拌乳化30min，配置成单体改性预乳化液
乳液有微蓝光出现
聚合
d.称取0.5g过硫酸钾于锥形瓶中，用10ml水溶解配成引发剂溶液，置于三口烧瓶中。将1/3的单体预乳化液置于恒压滴液漏斗中，搅拌并升温至78℃后，缓慢滴加完毕
（2）苯丙乳液改性
实验步骤
实验现象
备注
单体预乳化
a.在250ml三口烧瓶中，加入50ml水，3.4g十二烷基硫酸钠，3.4gJS86，磁力搅拌15min使其溶解
乳化剂逐渐溶解、颜色变为澄清透明
b.在上述溶液中依次加入1.4ml丙烯酸，6.6ml甲基丙烯酸甲酯，15.6ml丙烯酸丁酯，15.7ml苯乙烯，室温下搅拌乳化30min
[2]高献英,田秋平,李中华. 苯丙乳液改性的研究进展[J]. 现代涂料与涂装,2007,03:21-24.
[3]高献英,田秋平,李中华,龙光斗. 有机硅改性苯丙乳液的制备及其性能研究[J].有机硅材料,2007,05:271-275+310.
[4]郭文录,吕秀波,国晓军,王文明. 有机硅改性苯丙乳液的合成与表征[J]. 应用化工,2009,12:1780-1781+1784.
溶液变为乳白色，有刺激气味产生
注意控制搅拌速度
聚合
c.称取0.5g过硫酸钾于锥形瓶中，用10ml水溶解配成引发剂溶液，置于三口烧瓶中。将所有的单体预乳化液置于恒压滴液漏斗中，搅拌并升温至78℃后，缓慢滴加至单体预乳化液的2/3，约20min滴完
乳液有微蓝光出现
注意严格控制温度、滴加速度不宜过快。
d.然后加入由0.5g过硫酸钾和10ml水溶解配成引发剂溶液，并将剩余的单体预乳化液，2.5h内滴完。
（2）本课题的聚合机理：使用含乙烯基的有机硅烷改性苯丙乳液，是直接利用乙烯基有机硅氧烷单体中的双键和苯丙乳液单体进行自由基聚合，其分子结构较小，相对聚有机硅氧烷大单体来说更容易与苯丙乳液共聚，因此使用较少的用量就可以达到改性要求。乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）对苯丙乳液进行改性，一方面可通过烷氧基的水解缩合反应形成交联结构，提高共聚物的强度，改进性能；另一方面， 共聚物中未反应完的 Si-OH 基可与无机基材表面的羟基等作用，形成氢键或化学键，提高与被粘表面的粘接强度。
iii.各项性能测试
b.苯丙乳液改性：
i.单体预乳化
在250ml三口烧瓶中，加入50ml水，3.4g十二烷基硫酸钠，3.4gJS86，搅拌溶解后在依次加入1.4ml丙烯酸，6.6ml甲基丙烯酸甲酯，15.6ml丙烯酸丁酯，15.7ml苯乙烯，室温下搅拌乳化30min。取2/3的单体预乳化液，加入1.44ml有机硅（KH-570）和0.4ml乙二醇，室温下搅拌乳化30min，配置成单体改性预乳化液。