水溶性共聚單體對(duì)無(wú)皂苯丙乳液穩(wěn)定性影響

劉剛王曉陽(yáng) 馮博 于洪強(qiáng)(．吉林省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院建材檢測(cè)與節(jié)能研究所， 吉林 長(zhǎng)春 300)

水溶性共聚單體對(duì)無(wú)皂苯丙乳液穩(wěn)定性影響

劉剛1王曉陽(yáng) 馮博 于洪強(qiáng)(1．吉林省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院建材檢測(cè)與節(jié)能研究所， 吉林 長(zhǎng)春 130011)

本文研究了水溶性共聚單體對(duì)無(wú)皂苯丙乳液穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，當(dāng)VPEG摻量為2%時(shí)聚合穩(wěn)定性和鈣離子穩(wěn)定性最佳，但是其儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差；在VPEG聚合體系中加入SMAS能夠顯著提高體系聚合穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性，當(dāng)SMAS摻量為1%時(shí)，凝膠率降低了93.7%。

水溶性共聚單體；無(wú)皂苯丙乳液；穩(wěn)定性

無(wú)皂乳液聚合是以普通乳液聚合理論為基礎(chǔ)，目前主要已被廣泛應(yīng)用于涂料、膠黏劑等方面。無(wú)皂乳液聚合一般不加或僅加入微量乳化劑，具有粒徑均一、單分散性好等優(yōu)勢(shì)。然而，無(wú)皂乳液的穩(wěn)定性差，難以得到固含量高的乳液。本文主要研究水溶性共聚單體對(duì)無(wú)皂苯丙乳液聚合穩(wěn)定性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性和鈣離子穩(wěn)定性的影響。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

丙烯酸丁酯(BA)，分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；苯乙烯(St)，分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；過(guò)硫酸鉀(KPS)，分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；甲基烯丙醇聚氧乙烯醚(VPEG)和甲基丙烯磺酸鈉(SMAS)；氫氧化鈉、氯化鈣等。

1.2 乳液制備及穩(wěn)定性

(1)聚合穩(wěn)定性：反應(yīng)結(jié)束后，收集反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的凝聚物，烘干后稱重，凝聚物質(zhì)量占單體總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)即為聚合反應(yīng)凝膠率。凝膠率表明聚合反應(yīng)的穩(wěn)定性。

(2)儲(chǔ)存穩(wěn)定性：將無(wú)皂苯丙乳液裝入透明塑料容器中，在室溫條件下(20±1℃)靜置一個(gè)月，觀察是否分層或在瓶底產(chǎn)生沉淀物質(zhì)。

(3)鈣離子穩(wěn)定性：在聚合物乳液中加入氯化鈣溶液，使其鈣離子濃度分別為5%、10%和15%，靜置觀察是否產(chǎn)生絮狀沉淀。

2 結(jié)果與分析

2.1 VPEG對(duì)無(wú)皂苯丙乳液穩(wěn)定性的影響

采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法研究了VPEG摻量對(duì)無(wú)皂苯丙乳液聚合穩(wěn)定性的影響，隨著VPEG摻量增加，聚合穩(wěn)定性先增加后降低，當(dāng)VPEG摻量為單體質(zhì)量2%時(shí)，聚合穩(wěn)定性最佳，如圖1所示。

圖1 VPEG對(duì)無(wú)皂苯丙乳液聚合穩(wěn)定性的影響

VPEG作為一種水溶性共聚單體，隨著VPEG摻量增加，聚合物顆粒表面形成水化層，同時(shí)聚醚側(cè)鏈增加乳膠粒子之間的空間位阻效應(yīng)，顯著提高無(wú)皂苯丙乳液聚合穩(wěn)定性。然而，當(dāng)VPEG的用量太多，增加了VPEG自聚的幾率，致使VPEG共聚物分子鏈長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，從而使臨界膠束濃度增加，增溶膠束數(shù)量降低，聚合穩(wěn)定性降低。

VPEG的非離子性，使聚合物乳膠粒子對(duì)鈣離子的穩(wěn)定性較高，當(dāng)鈣離子濃度達(dá)到15%時(shí)仍能穩(wěn)定存在。然而其儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差，靜置易發(fā)生分層。

2.2 SMAS對(duì)無(wú)皂苯丙乳液穩(wěn)定性的影響

在上述聚合體系中加入陰離子型共聚單體SMAS，研究其對(duì)無(wú)皂苯丙乳液穩(wěn)定性的影響，隨著SMAS摻量增加聚合穩(wěn)定性逐漸提高，當(dāng)SMAS摻量為1%時(shí)，凝膠率下降了93．7%，如圖2所示。

SMAS作為一種陰離子型共聚單體參與聚合后與VPEG一起富集在聚合物顆粒表面，由SMAS引入的磺酸根離子提高了聚合物顆粒表面電荷密度，從而增加聚合物顆粒的zeta 電勢(shì)，通過(guò)聚合物乳膠粒表面電荷的靜電排斥作用阻止聚合物乳膠粒子的凝聚，從而顯著提高無(wú)皂苯丙乳液的聚合穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

圖2 SMAS 用量對(duì)苯丙無(wú)皂乳液凝膠率的影響

3 結(jié)語(yǔ)

①隨著VPEG摻量增加，無(wú)皂苯丙乳液穩(wěn)定性先增加后降低，當(dāng)其摻量為2%時(shí)無(wú)皂苯丙乳液聚合穩(wěn)定性和鈣離子穩(wěn)定性最佳，但是其儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差。

②在VPEG聚合體系中加入SMAS能夠顯著提高體系聚合穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性，當(dāng)SMAS摻量為1%時(shí)，凝膠率降低了93．7%。

[1]閆翠娥,程時(shí)遠(yuǎn),封麟先.St-MMA-AA 三元無(wú)皂共聚膠粒作蛋白質(zhì)載體的研究[J].應(yīng)用化學(xué)， 1999,16(2):31-34.

[2]沈玲,黃宏志,丁曉峰,等.可聚合乳化劑對(duì)苯丙乳液膠粘劑性能的影響[J].中國(guó)膠黏劑,2006,15(11):6-9.

[3] Itoh Y,Akasaka R,Takahashi K.Preparation of emulsifier-free polystyrene by conventional emulsion polymerization with a hydrolysable emulsifier[J]. Journal of Applied Polymer science.2008,108(1): 358-361.

[4]潘祖仁.高分子化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[5]楊晶巍,尹延柏,唐林生,等.高固含量無(wú)皂乳液聚合技術(shù)研究進(jìn)展[J].涂料工業(yè),2004,34(6):44-48.

Effect of water-soluble cpolymerization monomer on the stability of soap-free styrene acrylic emulsion

Liu Gang1, Wang Xiao Yang, Feng Bo, Yu Hong Qiang(1. Institute of Building Materials and Energy Testing, Jilin Research and Design Institute of Building Science, Changchun, 130011)

In this paper, the effect of water-soluble cpolymerization monomer on the stability of soap-free styrene acrylic emulsion were researched. The results indicate that when the VPEG content is 2%, the polymerization stability and calcium ion stability are best, but its storage stability was poor. Add SMAS in VPEG polymerization can signifcantly improve the system stability of polymerization and storage stability, when the SMAS content is 1%, the gel rate was reduced by 93.7%.

water-soluble cpolymerization monomer; soap-free styrene acrylic emulsion; stability

劉剛(1988-)，男，江蘇沭陽(yáng)人，助工，碩士，建筑工程質(zhì)量檢測(cè)。