聚醋酸乙烯酯乳液生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的分析與解決措施

嚴(yán)義芳

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530001）

聚醋酸乙烯酯乳液生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)異常現(xiàn)象的分析與解決措施

嚴(yán)義芳

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530001）

對(duì)高溫乳液聚合生產(chǎn)聚醋酸乙烯酯乳液過(guò)程中出現(xiàn)乳液凝膠結(jié)塊、產(chǎn)生大量氣泡、有松軟聚合物顆粒沉降析出等異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出解決這些現(xiàn)象的措施，對(duì)高溫聚合制備聚醋酸乙烯酯乳液具有一定實(shí)際指導(dǎo)意義。

醋酸乙烯酯；聚醋酸乙烯酯；乳液聚合；乳液

聚醋酸乙烯酯乳液用量非常大，除了用作涂料以外，還大量應(yīng)用于膠黏劑［1］，但該產(chǎn)品用醋酸乙烯酯作為單體，使用過(guò)硫酸鹽作為引發(fā)劑進(jìn)行高溫（溫度高于60℃）乳液聚合的過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)許多異常的現(xiàn)象，本文對(duì)這些異常現(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出了解決的措施。

1 生產(chǎn)配方［2］

組分 質(zhì)量份數(shù)

醋酸乙烯酯100

聚乙烯醇5

OP－101．0

過(guò)硫酸鉀0．2

水125

2 生產(chǎn)工藝

聚醋酸乙烯酯乳液按如下的工藝過(guò)程進(jìn)行生產(chǎn)：

將過(guò)硫酸鉀配制成20%的溶液。將聚乙烯醇與剩余的水混合，緩慢加熱至90℃左右，攪拌至完全溶解后，降溫至60℃，加乳化劑攪拌溶解均勻。加入醋酸乙烯酯總質(zhì)量的20%醋酸乙烯酯和過(guò)硫酸鉀總質(zhì)量的40%過(guò)硫酸鉀，加熱升溫，當(dāng)溫度升至65℃左右，停止加熱，隨著反應(yīng)進(jìn)行溫度隨之升高，一般溫度升高至66℃左右出現(xiàn)大量共沸回流，待溫度升高至66～72℃共沸回流量明顯減少，緩慢滴加剩余的醋酸乙烯酯單體，3～4h將單體加完。反應(yīng)溫度保持在66～72℃，每h加入過(guò)硫酸鉀總量的10%～15%。單體加完后，加入余下的過(guò)硫酸鉀，使反應(yīng)體系溫度升到90～95℃時(shí)，保溫30min，降溫至50℃，用10%Na2CO3調(diào)節(jié)乳液pH＝5～6，出料［2～4］。

3 生產(chǎn)過(guò)程中異?，F(xiàn)象的分析與解決措施

3．1 乳液出現(xiàn)凝膠和結(jié)塊現(xiàn)象

聚醋酸乙烯酯乳液生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)凝膠或結(jié)塊現(xiàn)象，這是由于單體醋酸乙烯酯和引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀加入速度過(guò)快，溫度升高過(guò)快造成的。

醋酸乙烯酯單體在水中的溶解度比較大，因此單體在水中的濃度比較大，如28℃時(shí)溶解度達(dá)到2．5%以上，相當(dāng)于體系中每mL有1020個(gè)單體分子。引發(fā)劑在水中分解產(chǎn)生的初級(jí)自由基，既可以進(jìn)入增溶膠束引發(fā)單體聚合，使增溶膠束變成乳膠粒，也可以引發(fā)水中的單體聚合生成低分子量聚合物，由于生成的低分子量聚合物在水中的溶解度迅速降低，因此鏈自由基還未來(lái)得及增長(zhǎng)到較大的分子就被析出，析出的低聚物從周圍吸收部分乳化劑分子，以及保護(hù)膠聚乙烯醇的作用，使其穩(wěn)定地懸浮在水相中，它還可以繼續(xù)吸收單體和自由基，形成新的乳膠粒。當(dāng)單體滴加速度控制合理時(shí)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，將會(huì)有越來(lái)越多的新乳膠粒生成，同時(shí)也伴隨著乳膠粒尺寸的不斷增大，使得越來(lái)越多的乳化劑分子從水中向乳膠粒表面轉(zhuǎn)移，使得乳化劑分子在水中的濃度低于CMC，膠束消失，乳膠粒數(shù)目達(dá)到最大值。乳膠顆粒是后續(xù)加入的單體進(jìn)一步聚合的核基，當(dāng)單體緩慢加入時(shí)，單體會(huì)附著到乳膠粒核基上繼續(xù)聚合，使乳膠顆粒不斷長(zhǎng)大，得到乳狀液。如果單體和引發(fā)劑加入速度過(guò)快，則反應(yīng)速度快，放熱多，使單體氣化快，回流量增大，冷回流的單體不能附著到乳膠粒上進(jìn)行聚合，而是大量的單體在水相中聚合后沉降析出。同時(shí)體系溫度升高導(dǎo)致水相的粘度降低，乳化劑OP-10水溶性基團(tuán)的水溶性降低，使乳液遭到破壞，乳膠粒中的聚合物沉降析出。后續(xù)的聚合反應(yīng)就在沉降析出的鏈自由基上進(jìn)行，導(dǎo)致出現(xiàn)大量的凝膠和結(jié)塊現(xiàn)象。

解決凝膠和結(jié)塊現(xiàn)象可以采取單體先預(yù)乳化、單體和引發(fā)劑緩慢交替滴加等方法來(lái)解決。同時(shí)注意選擇水溶性好的聚乙烯醇，如聚乙烯醇1788、2188、2488作保護(hù)膠，不要選擇水溶性差的聚乙烯醇，如1750作為保護(hù)膠。聚合溫度高于60℃的乳液聚合，選擇陰離子表面活性劑，如對(duì)十二烷基苯磺酸鈉等代替非離子型的乳化劑OP-10，可以避免乳化劑隨溫度的升高水溶性降低的現(xiàn)象。具體做法是先用配方量的水，浸泡聚乙烯1788約24h，然后一邊攪拌一邊升溫至90℃，聚乙烯醇很快溶解。將溫度降低至70～75℃，一邊攪拌一邊將乳化劑十二烷基苯磺酸鈉加入聚乙烯醇的水溶液中。加入少量的單體（一般為單體總量的10%左右），攪拌進(jìn)行預(yù)乳化至乳液出現(xiàn)藍(lán)光，加入1／5的引發(fā)劑，將溫度升至單體回流溫度，大約66℃左右停止加熱。控制溫度在66～72℃，直至單體回流量明顯減少，然后交替緩慢滴加單體和引發(fā)劑，控制溫度在68～72℃。反應(yīng)時(shí)如果回流很小，可以加快單體醋酸乙烯酯的加入速度，反之要減少加入單體的速度，甚至停止單體的加入，緩慢滴加引發(fā)劑待回流正常了再繼續(xù)滴加單體。總之，要控制好引發(fā)劑和單體的滴加速度、回流量、聚合溫度，使三者協(xié)調(diào)進(jìn)行［5～6］。

3．2 乳液出現(xiàn)大量氣泡現(xiàn)象

在聚醋酸乙烯酯乳液生產(chǎn)過(guò)程中，控制聚合溫度在66～72℃，滴加完單體后，將溫度升高至90～95℃時(shí)，乳液出現(xiàn)大量的氣泡，氣泡甚至沖至冷凝器的頂部。這是乳液聚合的常見現(xiàn)象。原因是隨著溫度的升高，液體內(nèi)部越來(lái)越多的液體氣化，產(chǎn)生的氣泡越來(lái)越多。而乳化劑本身就具有穩(wěn)泡的作用，因此在乳化劑的存在下，氣泡穩(wěn)定的時(shí)間更長(zhǎng)，因此反應(yīng)體系中出現(xiàn)大量氣泡的現(xiàn)象。解決該現(xiàn)象的措施是加入適量的消泡劑，如聚氧乙烯醚、異辛醇等［7］。

3．3 乳液出現(xiàn)松軟聚合物顆粒沉降析出現(xiàn)象

單體和引發(fā)劑滴加速度適宜時(shí)，在66～72℃條件下，單體和引發(fā)劑滴加完畢后，乳液外觀正常，但按工藝要求將反應(yīng)溫度升高至90～95℃時(shí)，雖然產(chǎn)物未出現(xiàn)凝膠或結(jié)塊現(xiàn)象，但有大量松軟的聚合物顆粒沉降析出，且在90～95℃保溫時(shí)間越長(zhǎng)，析出的聚合物顆粒越多。這是因?yàn)閱误w和引發(fā)劑滴加速度適宜時(shí)，滴加的單體和冷回流的單體能夠附著到乳膠粒上進(jìn)行聚合，乳膠粒逐漸增大，無(wú)凝膠和結(jié)塊現(xiàn)象。當(dāng)升溫至90～95℃試圖使剩余的單體完全反應(yīng)時(shí)，一方面由于體系的溫度過(guò)高，大大超過(guò)OP-10的濁點(diǎn)，出現(xiàn)熱破乳的現(xiàn)象。另一方面體系溫度高，水相粘度降低，同時(shí)顆粒熱運(yùn)動(dòng)加快，加速乳膠粒聚結(jié)并沉降析出。解決這個(gè)問題的方法是如果使用的是OP-10作為乳化劑，聚合過(guò)程要控制溫度在乳化劑OP-10的濁點(diǎn)溫度之下。如果聚合溫度超過(guò)OP-10的濁點(diǎn)，則不宜使用OP-10作為乳化劑，而應(yīng)選用陰離子型乳化劑，如十二烷基苯磺酸鈉等。若選用OP-10作為乳化劑，可以更換引發(fā)劑，選擇氧化－還原引發(fā)體系代替過(guò)硫酸鉀，使得乳液聚合在低溫下進(jìn)行乳液聚合。

4 結(jié)論

在聚醋酸乙烯酯乳液生產(chǎn)過(guò)程中，為了得到分散良好的乳液體系，避免聚合過(guò)程中出現(xiàn)凝膠和結(jié)塊、產(chǎn)生大量氣泡、聚合物顆粒沉降析出等現(xiàn)象，聚合過(guò)程可采取先使少量的單體進(jìn)行預(yù)乳化，然后采取緩慢交替滴加單體和引發(fā)劑的加料方法。聚合溫度超過(guò)乳化劑OP-10的濁點(diǎn)溫度，不宜選擇OP-10作為乳化劑，應(yīng)選擇陰離子型的乳化劑。聚合過(guò)程出現(xiàn)大量氣泡可通過(guò)加入適量消泡劑的方法來(lái)解決。乳液聚合用的聚乙烯醇保護(hù)膠要選用水溶性最好的聚乙烯醇，如聚乙烯醇1788、聚乙烯醇2188、聚乙烯醇2488。

［1］ 李克友，張菊華，向福如．高分子合成原理及工藝學(xué)［M］．北京：科學(xué)出版社，1999．207．

［2］ 龔盛昭，稅永紅．精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)［M］．北京：科學(xué)出版社，2008．107．

［3］ 強(qiáng)亮生，王慎敏．精細(xì)化工綜合實(shí)驗(yàn)［M］．北京：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004．116-117．

［4］ 冷士良．精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)技術(shù)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．103-104．

［5］ 焦學(xué)瞬，何明波．乳化劑與破乳劑性質(zhì)、生產(chǎn)與應(yīng)用［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008．142-148．

［6］ 馮新德．高分子合成化學(xué)［M］．北京：科學(xué)出版社，1982．67-68．

［7］ 周波．表面活性劑［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006．25．

Analysis and Solution of Abnormal Phenomenon in Polyvinyl Acetate Emulsion Production

YAN Yi-fang

（Guangxi Vocational＆Technical Institute of Industry，Nanning，530001，China）

TQ 316.33+4

B

1671-9905（2011）08-0062-02

嚴(yán)義芳，廣西賓陽(yáng)人，主要從事精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù)研究。通訊地址：廣西南寧市秀靈路37號(hào)廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院石油與化學(xué)工程系，郵編530001，E-mail：yanyifang520＠163．com

2011-05-09