苯丙乳液的合成及其改性.docx

广州大学化学化工学院 本科学生综合性、设计性实验报告实验课程 高分子合成实验 实验项目 苯丙乳液的合成及其改性 专业 应用化学 班级 10应化 学号 姓名 邓亚中 指引教师 宋建华 开课学期 至 年 2 学期 时 间 年 5 月 9 日一、 实验方案设计实验项目苯丙乳液的合成及其改性实验时间.5.9实验室小构成员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措施和原理； （2）学会测定乳液的粘度、粒径分布、凝胶率、稳定性等的措施； （3）学会测定乳液成膜后的多种性能，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别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、相称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。

在一种水、单体和乳化剂的混合物中，乳化剂浓度不小于临界胶束浓度（CMC），因此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，胶束亲油的核将会涉及着单体这样的体系内有两个平衡存在，一种是在胶束上的、 在界面上的和以单分子形式存在的三者之间的平衡；另一种是在胶束中的、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，是不断地在互换着乳化剂，有吸附和脱吸附；有互换、在增长着或减少着当这混合物加热到一定温度，并投入水溶性引起剂后，就产生自由基，引起了溶解在水中的单体，并进行链增长，通过几次的增长，形成了有一种亲油基和亲水基（水溶引起剂的断列基）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，移向涉及单体的胶束（胶束的个数最多，面积最大， 故几率也最大），引起了胶束内的单体当单体进入胶束，使胶束内的聚合反映继续进行，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，使表面活性剂的分派不平衡，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，以建立新的平衡随着聚合反映的行进，胶束最后所有消失从此时起不再有在胶束内形成的聚合物了。

这就是说，反映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后来，聚合反映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，总的反映速度是加速的，由于成长中的聚合物颗粒是在不断地增长着的 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种正在链增长的聚合物颗 1粒，由于自由基的高反映性，那么两个自由基互相反映会立虽然链终结，待另一种低聚自由基再次进入后使链增长重新开始这样，从整个体系记录地说，有一半颗粒处在链增长状态，另一半处在链终结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，因此反映速度也基本上是恒定 液滴中单体耗尽后，聚合反映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，因此反映速度就逐渐减慢了，直至这些单体耗尽，于是聚合反映就终结了，这称为第三阶段 乳液聚合技术重要的特性为分隔效应，即聚合增长中心被分隔在为数众多的聚合场合内， 这一特性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长处， 同步还使生产工艺乃至产品构造和性能易于控制和调节，通过聚合工艺来实现聚合物构造和性能的优化。

乳液聚合措施及聚合产物也存在自身的缺陷例如，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，乳液聚合的反映器有效容积量由于分散介质的存在而被减少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，是直接运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，其分子构造较小，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规定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映形成交联构造，提高共聚物的强度，改善性能；另一方面， 共聚物中未反映完的 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）实验药物药物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288.38A.R1.7g3.4gJS861.7g3.4g丙烯酸1.4ml1.4ml甲基丙烯酸甲酯6.6ml6.6ml丙烯酸丁酯128.17A.R15.6ml15.6ml苯乙烯104.14A.R15.7ml15.7ml氨水----适量适量有机硅（KH-570）------1.44ml乙二醇62.07A.R--0.4ml过硫酸钾170.32A.R1.5g1.5g设备装置图 4. 实验措施环节及注意事项（1）实验流程图 （2）实验具体环节a.苯丙乳液的合成：i.单体预乳化在250ml三口烧瓶中，加入50ml水，1.7g十二烷基硫酸钠，1.7gJS86，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。

ii.聚合称取0.5g过硫酸钾于锥形瓶中，用10ml水溶解配成引起剂溶液，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，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水溶解配成引起剂溶液，并将剩余的单体预乳化液，2.5h内滴完当单体预乳化液滴加完毕后，再加入由0.5g过硫酸钾和10ml水溶解配成引起剂溶液缓慢升温至90℃，熟化1h，冷却反映液至60℃，加氨水调pH至8（微碱性），出料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，配备成单体改性预乳化液ii.聚合称取0.5g过硫酸钾于锥形瓶中，用10ml水溶解配成引起剂溶液，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水溶解配成引起剂溶液，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水溶解配成引起剂溶液缓慢升温至90℃，熟化1h，冷却反映液至60℃，加氨水调pH至8（微碱性），出料iii.各项性能测试(3)实验注意事项i. 严格控制好温度(80℃左右)，不能过高，否则会导致产品性质变化ii. 刚开始聚合的时候，要缓慢的加入单体预乳化液(每滴4秒左右)，直到溶液呈微蓝色，才干加快滴加速度（每滴2秒左右），总的来说不适宜过快iii. 引起剂溶液一定要到用的时候才干配备，不能预先配好过硫酸钾遇水会分解）iv．乳化搅拌时间：越长越好，反映前总时间多于 1 个半小时4)实验数据解决措施a.乳液凝胶率：将制备的乳液过滤，残存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：将大概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%c.乳液Ca离子稳定性：分别量取1ml产品和10ml的5%氯化钙溶液，加入到小烧杯中，并观测现象。

d.耐水性：分别量取1ml产品和10ml的水，加入到小烧杯中，并观测现象e.乳液粘度：使用NDJ-4型旋转粘度计测量产品的粘度f.涂膜附着力：将产品涂抹在铝片上，烘干，制作成膜，并用尺子和刀在铝片上画0.5*0.5的正方格，最后观测膜的脱落状况（拿起来看掉落几格）g.涂膜吸水率：将产品涂抹在铝片上，烘干，制作成膜，取下膜，称重，然后将膜放进水中，浸泡2h，用滤纸将膜表面的水吸干，称重 吸水率=[(吸水前总质量)/（吸水后总质量）]*100%h.成膜形状：将产品涂抹在铝片上，烘干，制作成膜，取下膜，观测膜的形状5.参照文献[1]宋建华,戴冬虹. 苯乙烯基四配位硅改性苯丙乳液的研制[J]. 有机硅材料,,02:53-56+101.[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,,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,,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,,12:1780-1781+1784.[5]黄碧君,张力,吕广镛,石光,易运红,陈儒宽. 健康环保型苯丙复合乳液的合成[J]. 华南师范大学学报(自然科学版),,03:16-20.[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、实验环节与现象（1） 苯丙乳液的合成实验环节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。

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水溶解配成引起剂溶液，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滴完乳液有微蓝光浮现注意严格控制温度、滴。