苯乙烯微乳液的制备及表征@

北方民族大学材料学院

选修实验结题报告书（创新研究型）

题目：苯乙烯的微乳液聚合及粒度分布测定

指导教师：张晓京

学生姓名：唐燕

学号：20090229

成员：

起止日期：2013/3/6

北方民族大学材料学院

填表日期：年月日

一问题分析

制备高固含量的微乳液主要有哪些方法？查阅文献，简述各方法的原理。答：一、种子微乳液聚合法即半连续法，采用种子微乳液聚合的方法来提高体系中的单体含量。用伽玛射线引发ＳＤＳ稳定的Ｓｔ微乳液聚合，制得直径为20ｎｍ左右的微乳液种子，用Ｓｔ将种子溶胀后，以伽玛射线和过硫酸钾引发其聚合，发现聚合过程中无新的聚合物粒子生成，恒速期的聚合速率与种子浓度的方次小于１，这是由于体系中粒子数目比乳液种子聚合大得多，当引发速率一定时，每个粒子内的平均自由基个数低于0.5，且随着聚合物粒子浓度增加而降低，因此聚合速率不完全与体系内聚合物粒子浓度成正比。

二、ＷｉｎｓｏｒＩ型微乳液聚合。聚合体系的组成类似Winsor I型分散体系，由清澈的两相组成，上层油相为纯的单体，下层为含阳离子乳化剂的微乳液相，水溶性的氧化还原引发剂溶于微乳液相，在温和搅拌下，单体由过量的油相吸收到胶束内进行聚合反应。最后所得的聚合物乳胶粒子的大小取决于所用的微乳液体系及聚合反应方法。ＷｉｎｓｏｒＩ型ｓｔ微乳液聚合来大大提高体系中的固含量。二烷基三甲基溴化铵（ＤＴＡＢ）为乳化剂形成微乳液，将纯的苯乙烯单体置于微乳液的上方形成类似于ＷｉｎｓｏｒＩ型微乳液的体系，在低速搅拌下聚合，多余的油相在聚合过程中不断补充单体而不破坏聚合场所的微乳液相，该体系在30。Ｃ下，通过氧化还原引发体系ＫＰＳ／四甲基乙二胺（ＴＭＥＤＡ）引发聚合，可得到聚苯乙烯含量为15％的产物，用电镜测量的数均粒径为80ｎｍ。

三、半连续微乳液聚合。将单体以非常小的液滴连续滴加到达到反应温度的含有全部乳化剂和引发剂的水溶液中，由于反应体系中单体始终处于“饥饿态”，

抑制了单体的迁移，从而获得小粒径的微乳液。

二原理与方法

原理：乳液聚合开始时，单体和乳化剂分别处在水溶液、胶束、液滴三相，即微量单体和乳化剂以分子分散状态真正溶解于水中，构成水溶液连续相；大部份乳化剂形成胶束，单体增溶在胶束内，构成增溶胶束；大部分单体分散成液滴，表面吸附有乳化剂，使乳液稳定，构成液滴相。

苯乙烯乳液聚合采用水溶性引发剂，以胶束成核为主。引发剂在水中分解成初级自由基，引发溶于水中的微量单体，在水相中增长短链自由基。短链自由基只增长少数单元就沉析出来，与初级自由基一起被增溶胶束捕捉，引发其中的单体聚合成成核。

在徽乳液聚合过程中，除胶束成核外，微液滴可以与增溶胶束竞争，吸取水相中的自由基而进行液滴成核。聚合成胶料后，未成核的微流溢中单体通过水相扩散，供应胶料继续聚合，微液滴很快消失。增溶胶束仍继续胶囊成核。未成核的胶束就为胶料提供所需的乳化剂，最终形成热力学稳定的胶乳。

方法：本实验采用半连续法制备聚苯乙烯微乳液。将部分单体类似间歇法，分散在溶有乳化剂和引发剂的水溶液中，制得透明或半透明的微乳液，然后将制得所得的微乳液冲2N保护，78℃反应一段时间后，保持温度不变，再经滴液漏斗，将剩余的单体补加到反应器中，直到加料完毕，最后继续反应一定时间，冷却出料。

三创新工艺或设计

设计聚合反应，聚合温度为78 ℃，单体苯乙烯40克，种子单体、引发剂

用量为单体总质量的9%和0.4%（用10 mL去离子水溶解），混合乳化剂用量为总质量的3%（m(SDS)∶m(OP-10)=5∶1），溶于剩余的去离子水中。缓冲剂NaHCO3 总质量0.075克。

四实验步骤

实验前准备：去除苯乙烯中的阻聚剂及杂质，对实验仪器进行检测。

1．制备种子乳液

在装有电动搅拌器、恒压滴液漏斗、回流冷凝管的三口烧瓶中加入2/3称量好的乳化剂（已用50ml的去离子水溶解），当水浴温度到达设定温度，滴加2/3引发剂（已用10ml去离子水溶解），同时滴加称量好的种子单体，恒温水浴加热，充氮气保护，慢速搅拌，溶液呈现淡蓝色，得到种子乳液。

2．制备微乳液

取0.075g碳酸氢钠置于恒压滴液漏斗中，加入剩余的乳化剂，将剩余的单体加入其中，强烈摇动使完全乳化，制得外层单体乳化液。种子单体滴加完毕后，保温30min,然后再滴加剩余的外层单体乳化液，控制滴加速度，当单体乳化液剩余量约1/2时，同时滴加剩余引发剂。外层单体与引发剂均滴加完毕后恒温30min，升温至85℃，保温30min后降温，过滤出料。

三、测定所得乳液的乳胶粒子尺寸与分布。

乳胶粒子大小及分布用 MICROTRAC-X100型激光粒度检测仪测定。折光率参数设定为1.49，蒸馏水为流动载体。

五实验总结

本实验采用半连续法制得的聚苯乙烯微乳液，用 MICROTRAC-X100型激光粒度检测仪测定其胶乳粒子大小及分布，所得微乳液乳胶粒子直径约为84nm。

粒径分布图如下。