反應(yīng)型乳化劑在苯丙乳液合成中的應(yīng)用研究

楊玉祥, 張連紅

（遼寧石油化工大學(xué), 遼寧 撫順 113001）

反應(yīng)型乳化劑在苯丙乳液合成中的應(yīng)用研究

楊玉祥, 張連紅

（遼寧石油化工大學(xué), 遼寧 撫順 113001）

采用預(yù)乳化-種子法制備苯丙乳液,通過(guò)改變?nèi)榛瘎┓N類(lèi)和用量,比較了烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨（DNS-86）,烯丙氧基羥丙磺酸鈉（HAPS）和正癸基硫酸鈉（DESS）對(duì)乳液性能的影響,結(jié)果表明：用混合乳化劑在黏度,吸水率和固含量等方面的效果好,而且當(dāng) DNS-86︰HAPS︰DESS=8︰3︰1.5時(shí),黏度,吸水率和固含量相對(duì)較好,耐水性良好。

反應(yīng)型乳化劑； 苯丙乳液； 耐水性

苯丙乳液是苯乙烯、丙烯酸酯類(lèi)、丙烯酸三元共聚乳液的簡(jiǎn)稱(chēng).苯丙乳液作為一類(lèi)非常重要的中間化工產(chǎn)品,有其非常廣泛的用途,現(xiàn)已用作建筑涂料、金屬表面乳膠涂料、地面涂料、紙張粘合劑、膠粘劑等[1-3]。

苯丙乳液具有無(wú)毒、無(wú)味、不燃、污染少,耐候性好、耐光、耐腐蝕性優(yōu)良等特點(diǎn)。但是還存在一些缺點(diǎn),例如成膜速度較慢,耐水性差,而且成膜溫度高[2]。為此本文對(duì)3種反應(yīng)型乳化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對(duì)所制得苯丙乳液進(jìn)行性能測(cè)試對(duì)比,得出所需反應(yīng)型乳化劑的最佳比例。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

NDJ-1B旋轉(zhuǎn)粘度計(jì),上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；JA5003N電子分析天平,上海精細(xì)科學(xué)儀器有限公司；W-O恒溫油水浴鍋,上海申順生物科技有限公司,美國(guó)Nicolet NVATAR 360型傅立葉紅外光譜儀。

丙烯酸丁酯（BA）；苯乙烯（ST）；丙烯酰胺（AM）；烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨（DNS-86）；烯丙氧基羥丙磺酸鈉（HAPS）；正葵基硫酸鈉（DESS）；過(guò)硫酸銨（APS）均為市售化學(xué)純?cè)噭?/p>

1.2 預(yù)乳化液的合成

取適量的DNS-86和57.1 g的去離子水劇烈攪拌,待DNS-86都溶解后滴加256.2 g的BA和85.4 g的ST.在BA、ST、水和乳化劑混合均勻后,加入6.83 g的AM和12.67 g的水,攪拌30 min出料。

1.3 苯丙乳液的合成

在四口瓶中加入 95.0 g去離子水,1.22 g NaHCO3,適量的 HAPS和DESS,升溫到 90 ℃,恒溫20 min,加入1/10的預(yù)乳化液,充分混合,恒溫10 min,降溫至85 ℃。加入1.3 g APS和13.6 g水,恒溫15 min,升溫至90 ℃,恒溫15 min,待溫度穩(wěn)定后,分別滴加剩余預(yù)乳化液,2.6 g APS和38.98 g水,滴加結(jié)束后.恒溫1 h,再分別加入1.35 g APS和13.5 g水,恒溫1 h,降溫,加氨水調(diào) pH值,過(guò)濾出料，用 HAPS、DESS重復(fù)以上操作,制得的苯丙乳液編號(hào)如表1。

表1 不同乳化劑制得的苯丙乳液Table 1 Styrene acrylic emulsions synthesized with different emulsifiers

1.4 性能測(cè)定

1.4.1 固含量

用恒重的稱(chēng)量瓶稱(chēng)取約1 g 試樣,準(zhǔn)確至0.001 g,將其置于恒溫(105±2) ℃的電烘箱中部,經(jīng)干燥(60±5) min后取出,放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫后稱(chēng)量。固含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按下式計(jì)算。

式中:N— 不揮發(fā)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù),% ;

Wd— 干燥后試樣的質(zhì)量,g ;

Ws— 干燥前試樣的質(zhì)量,g。

1.4.2 黏度

用黏度計(jì)選擇合適的轉(zhuǎn)速測(cè)量乳液的黏度,測(cè)量乳液的黏度。

1.4.3 吸水率

將乳液制成約1 mm厚的膜,切割成寬為1 cm,長(zhǎng)為3 cm的膜,放置于去離子水中1 d后,取出,用濾紙吸干膜表面的水,稱(chēng)量。吸水率按下式計(jì)算。

式中:N— 吸水率,%;

Wd— 放入水中前的試樣的質(zhì)量,g;

Ws— 用濾紙吸干水的試樣的質(zhì)量,g。

1.4.4 紅外光譜的測(cè)定

試樣破乳后烘干,將干燥后的樣品用四氫呋喃溶解,取少量四氫呋喃溶液均勻涂在溴化鉀片上,室溫下放置,干燥成膜后測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳化劑對(duì)乳液固含量、外觀的影響

從表2中可以看出用混合乳化劑不同比例做出的乳液固含量比例相差不多,原因可能是乳化劑的總量差不多,導(dǎo)致形成的膠束數(shù)量相同,所用單體的質(zhì)量相差不大,從而導(dǎo)致固含量比例相差不多。2號(hào)5號(hào)8號(hào)有粗粒子,且流動(dòng)性差,原因可能是乳化劑不同的比例,導(dǎo)致膠束數(shù)目減少,單位時(shí)間聚合物粒子成核的數(shù)目少,粒子尺寸大,從而有粗粒子出現(xiàn),引起乳液流動(dòng)性差[4]。

表2 乳化劑對(duì)乳液固含量,外觀的影響Table 2 Effect of emulsifiers on solid content and appearance of emulsion

2.2 乳化劑對(duì)乳液黏度的影響

黏度是聚合物乳液的重要的技術(shù)指標(biāo),如果黏度太高,其流平性不好,涂膜光澤度差；如果黏度過(guò)低,則需要加入較多的增稠劑,增加了乳液的生產(chǎn)成本。從表3可以看出,7號(hào)的黏度適當(dāng),乳液黏度隨著乳化劑的變化而變化,可以有兩方面的解釋:1、乳膠粒間的間隔。固含量相差不大時(shí),乳膠粒顆粒愈小,則乳膠粒數(shù)目愈多,乳膠粒之間的平均間隔就愈小,任何兩粒子進(jìn)入相互吸引區(qū)的概率增大,移動(dòng)困難,造成黏度增大[5-6]。2、乳膠粒水化造成的有效體積，由于乳膠粒的水化作用,使得乳膠粒表面形成一層水化膜。因而乳膠粒的有效體積比真實(shí)體積要大,隨著乳膠粒數(shù)目的增加,其總的有效體積增加,使乳膠粒移動(dòng)阻力增加,黏度增加[7]。

2.3 乳化劑對(duì)乳膠膜耐水性的影響

從表4可以看出,7號(hào),8號(hào)乳液的乳膠膜耐水性比較好,原因可能為乳膠粒表面的乳化劑分子不會(huì)遷移,導(dǎo)致膜表面的親水基團(tuán)少,膜對(duì)水分子的吸附和滲透就會(huì)減少,從而有較好的耐水性[7-8]。

表3 乳化劑對(duì)乳液黏度的影響Table 3 Effect of emulsifiers on viscosity of emulsion

表4 乳化劑對(duì)乳膠膜耐水性的影響Table 4 Effect of emulsifiers on water resistance of emulsion film

3 結(jié) 語(yǔ)

（1） 用不同比例的3種反應(yīng)型乳化劑制得的乳液固含量均符合要求,其中當(dāng) DNS-86︰HAPS︰DESS=2︰1︰0.1時(shí),乳液外觀較好。

（2） 用不同比例乳化劑制得的乳液黏度差異很大，其中當(dāng) DNS-86︰HAPS︰DESS=8︰3︰1.5時(shí),乳液黏度較好。

（3）當(dāng)DNS-86︰HAPS︰DESS=8︰3︰1.5時(shí),乳膠膜的耐水性較好,乳液性能最佳。

[1] 徐小波,鄧寶祥,鄭海濤,等.反應(yīng)性乳化劑對(duì)苯丙乳液合成及性能的影響［J］.中國(guó)膠粘劑,2008,17(12):5-8.

[2] 馬祥梅,王斌,王武生.我國(guó)苯丙乳液的研究進(jìn)展［J］.化學(xué)與粘合,2003(1):30-32.

[3] 曹同玉,劉慶普,胡金生.聚合物乳液合成原理性能及應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工藝出版社,2004:13-122.

[4] 梁治齊,李金華.功能性乳化劑與乳狀液［M］.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2004:18-84.

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[6] 李和平,葛虹.精細(xì)化工工藝學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社,1997:321-325.

[7] 張洪濤,黃錦霞.乳液聚合新技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007:75-82.

[8] Guyot A, Tauer K.Reactive surfactants in emulsion polymerization［J］.Adv Poly Sci , 1994 (111) :44-65.

Application Research of Reactive Emulsifier in Synthesis of Styrene-acrylic Emulsion

YANG Yv-xiang, ZHANG Lian-hong
(Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China)

Styrene-acrylic emulsion was prepared with pre-emulsion - seed method. Effects of allyloxy nonylphenol polyoxyethylene ether sulfate (DNS-86), allyloxy hydroxypropyl sulfonate sodium (HAPS) and n-decyl sodium sulfate (DESS) on the emulsion properties were analyzed. The results show that: effect of mixed emulsifier is good in respects of viscosity, water absorption and solid content, when DNS-86:HAPS:DESS is 8︰3︰1.5, viscosity, water absorption and the solid content are relatively good, and the water resistance is also very good.

Reactive emulsifier; Emulsion; Water resistance

TQ 423.92

A

1671-0460（2011）02-0134-02

2010-11-30

楊玉祥（1986-），男，山西忻州人，2011年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：從事苯丙乳液應(yīng)用技術(shù)工作。E-mail：yangyuxiangyyx@163.com。