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[摘 要]苯丙乳液在制备过程中，内部反应极其复杂，影响乳液质量的因素是多种多样的。本文是笔者的一点探讨，求专家指正。
[关键词]苯丙乳液 合成工艺 探讨
中图分类号：TQ630.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-288-01
苯丙乳液在制备过程中，内部反应极其复杂，如果反应过程中控制不当或选用的工艺、配方不合適等因素均可导致凝聚现象发生，凝聚的形态有多种，如产生一些粗粒子，或者可能在整个反应器内凝成一团可见影响乳液质量的因素是多种多样的。
1 原料
各种原料（见表1）；
2 合成工艺
2.1 预乳化阶段
将0.45g十二烷基硫酸钠、1.2g乳化剂OP-10、24g苯乙烯、24g丙烯酸丁酯在一定量水中快速搅拌混合，使之预乳，得到预乳化液。
2.2 主反应阶段
把0.15g聚乙烯醇（PVA）、0.09g过硫酸钾、0.15g十二烷基硫酸钠、0.3g乳化剂OP-10与一定量的水混合溶解，装到有搅拌器、回流冷凝管、温度计和两个滴液漏斗的多口烧瓶中，搅拌升温至75℃。加入1/3的预乳化液，控制温度在73～76℃，保温至液体呈蓝光。剩余的2/3的预乳化液和0.21g过硫酸钾、0.3g碳酸氢钠水溶液分别从两个滴液漏斗中缓慢滴入，在慢速搅拌下于1h内滴完，并在此温度下反应1h。
2.3 后处理阶段
升温至86～88℃，保温至无单体回流。降温至30～40℃，调pH值为8～9，过滤出料，即得苯丙共聚乳液。
3 实验产物性质测定
3.1 乳液固含量的测定
在己恒重的称量瓶中，取试样1.0-1.5g（准确至0.0001g），放在105-110℃恒温干燥箱连续干燥3h时，取出称量瓶，盖上盖子，放入干燥器中冷却至室温，称重。平行测定三个样品求其平均值。计算公式如下：
含固量=（G3-G1）/（G2-G1）× 100%
G1一称量瓶重（g）
G2一称量瓶加试样重（g）
G3一称量瓶加恒温干燥后试样重（g）
3.2 凝聚率和乳液聚合稳定性
乳液的聚合稳定性用凝聚率MC来表示，凝聚率由称重法获得，反应结束后，称量体系产生的凝聚物，放入烘箱烘至恒重，MC越小说明聚合过程的稳定性越好。乳液聚合结束后，用100目丝网过滤乳液，滤渣用水仔细洗涤后烘干至恒重，称其质量为W，聚合用单体及乳化剂总量为W0，计算凝聚物生成量百分比。则MC由下式计算：
MC=（W/W0）× 100%
3.3 乳液粘度的测定
采用涂-4杯，测试温度：25℃
4 丙苯乳液聚合共进行三种聚合工艺
4.1 单体全滴加法
将所有的水、乳化剂、引发剂、助剂等全部投人三颈瓶中，搅拌、升温，将称好的单体混合后倒人滴加漏斗中，当温度升高到聚合温度时，滴加漏斗中的单体，在3h内滴定，然后恒温至转化率>98%，降温调节pH值出料。
4.2 种子聚合法
将水、乳化剂、助剂，5%单体投人三颈瓶中，搅拌，升温至聚合温度，反应0.5一lh后，再分别滴加剩余单体、引发剂3h滴完，恒温至转化率>98%，降温调节pH值出料。
4.3 预乳化法
取4/5的水、乳化剂、引发剂、助剂全部单体投人三颈瓶中，在室温下快速搅拌乳化30min，然后将1/3的预乳化液和1/5的水投人另一个三颈瓶中搅拌，升温至聚合温度，反应0.5一lh后滴加余下的预乳化液，在3h内滴完，恒温至转化率>98%，降温调节pH值出料。
通过比较数据呢？，我们认为：方法（1）在反应后期转化率上升缓慢，方法（2）滴加时，引发剂与单体较难控制同步，方法（3）操作方便，后期反应较快，转化率都达到98%以上。
5 反应温度的影响
由表2可看出，当温度高于90℃和低于70℃时，聚合反应效果均不理想。引发剂在较低温度下分解慢，形成的活性自由基少，反应速率慢，转化率低；反应温度过高时，反应速率过快，体系不稳定易产生凝胶和粘釜现象。这主要是因为高温下乳化剂的特性发生了变化，乳化效果变差。综合考虑，本实验分两阶段，采用不同温度聚合。前期滴加单体阶段，保持温度75-85℃，使反应体系稳定；滴加完单体后再升温到85-90℃进行保温，加快反应速率，缩短聚合完全的时间。
当反应温度升高时，乳胶粒布朗运动加剧，使乳胶粒之间进行撞击而发生聚结的速率增大，故导致乳液稳定性降低；同时，温度升高会导致乳液稳定性下降，因为非离子型乳化剂遇水时将同水分子发生缔合形成水化乳化剂分子，可使其很好的溶解在水中形成透明溶液，并在乳胶粒周围形成很厚的水化层，但在反应温度升高时，水分子热运动加剧，水和乳化剂分子间缔合力减弱，会使乳胶粒表面上的水化层减薄，当达到某一温度时，水化层大幅度减薄，使乳化剂分子在水中的溶解度减小，以至于使之从水中沉析出来，溶液浊度突然升高，这一温度就是非离子乳化剂的浊点，此时乳化剂就失去了稳定作用，导致破乳。
6 搅拌强度的影响
在乳液聚合过程中，搅拌的一个重要的作用是把单体分散成单体珠滴，并有利于传质和传热。但搅拌强度又不宜过大，否则会使乳胶粒数目减少，乳胶粒直径增大及聚合反应速率降低，同时会使乳液产生凝胶，甚至招致破乳。因此对乳液聚合来说，应采用适度的搅拌。
7 结论
根据多组平行实验得出预乳液制备的好坏将直接影响乳液质量和性能。制备预乳液时，应在反应器中先加入引发剂、乳化剂再加入单体。这样反应器中就先具备了乳液发生聚合的条件，防止单体间自聚，并在50℃ 强力搅拌（大约350转/分）40分制得的预乳液比较理想。温度对乳液的聚合影响也很大，如果控制不好将出现破乳或凝聚。由实验得出乳液聚合的最佳温度为82 ℃-84 ℃，当温度高于90℃和低于70℃时，聚合反应效果均不理想。引发剂在较低温度下分解慢，形成的活性自由基少，反应速率慢，转化率低；反应温度过高时，反应速率过快，体系不稳定，易产生凝胶和粘釜现象。这主要是因为高温下乳化剂的特性发生了变化，乳化效果变差。预乳液的滴加速度对聚合也有影响，如果滴加过慢乳液可能会破乳，过快预乳液反应不完全，可能发生自聚。在不同时期玻璃棒的搅拌速度一定要控制恰当，预乳化阶段和主反应阶段较快（大约350转/分），后处理阶段较慢（大约150转/分）。本实验中乳化剂的用量控制在0.2%左右，引发剂控制在0.2%-0.3%，但每次制得乳液的质量都不太理想，可见乳化剂和引发剂的用量乳液聚合影响存在。乳液中的，酸性或碱性过强，或反应温度过高会破坏乳液体系的稳定性，产生凝胶，因此应严格控制乳液的 pH值和温度。苯丙乳液在制备过程中，内部反应及其复杂，如果反应过程中控制不当或选用的工艺、配方不合适等因素均可导致凝聚现象发生，凝聚的形态有多种，如产生一些粗粒子，或者可能在整个反应器内凝成一团，可见影响乳液质量的因素是多种多样的。
参考文献：
[1] 朱大明，郭远，谈苯丙乳液聚合机理[J]，中州建筑，1995（3）。
[2] 徐峰，我国功能性建筑涂料的应用与发展[J]，现代涂料与涂装，2003（2）
[关键词]苯丙乳液 合成工艺 探讨
中图分类号：TQ630.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-288-01
苯丙乳液在制备过程中，内部反应极其复杂，如果反应过程中控制不当或选用的工艺、配方不合適等因素均可导致凝聚现象发生，凝聚的形态有多种，如产生一些粗粒子，或者可能在整个反应器内凝成一团可见影响乳液质量的因素是多种多样的。
1 原料
各种原料（见表1）；
2 合成工艺
2.1 预乳化阶段
将0.45g十二烷基硫酸钠、1.2g乳化剂OP-10、24g苯乙烯、24g丙烯酸丁酯在一定量水中快速搅拌混合，使之预乳，得到预乳化液。
2.2 主反应阶段
把0.15g聚乙烯醇（PVA）、0.09g过硫酸钾、0.15g十二烷基硫酸钠、0.3g乳化剂OP-10与一定量的水混合溶解，装到有搅拌器、回流冷凝管、温度计和两个滴液漏斗的多口烧瓶中，搅拌升温至75℃。加入1/3的预乳化液，控制温度在73～76℃，保温至液体呈蓝光。剩余的2/3的预乳化液和0.21g过硫酸钾、0.3g碳酸氢钠水溶液分别从两个滴液漏斗中缓慢滴入，在慢速搅拌下于1h内滴完，并在此温度下反应1h。
2.3 后处理阶段
升温至86～88℃，保温至无单体回流。降温至30～40℃，调pH值为8～9，过滤出料，即得苯丙共聚乳液。
3 实验产物性质测定
3.1 乳液固含量的测定
在己恒重的称量瓶中，取试样1.0-1.5g（准确至0.0001g），放在105-110℃恒温干燥箱连续干燥3h时，取出称量瓶，盖上盖子，放入干燥器中冷却至室温，称重。平行测定三个样品求其平均值。计算公式如下：
含固量=（G3-G1）/（G2-G1）× 100%
G1一称量瓶重（g）
G2一称量瓶加试样重（g）
G3一称量瓶加恒温干燥后试样重（g）
3.2 凝聚率和乳液聚合稳定性
乳液的聚合稳定性用凝聚率MC来表示，凝聚率由称重法获得，反应结束后，称量体系产生的凝聚物，放入烘箱烘至恒重，MC越小说明聚合过程的稳定性越好。乳液聚合结束后，用100目丝网过滤乳液，滤渣用水仔细洗涤后烘干至恒重，称其质量为W，聚合用单体及乳化剂总量为W0，计算凝聚物生成量百分比。则MC由下式计算：
MC=（W/W0）× 100%
3.3 乳液粘度的测定
采用涂-4杯，测试温度：25℃
4 丙苯乳液聚合共进行三种聚合工艺
4.1 单体全滴加法
将所有的水、乳化剂、引发剂、助剂等全部投人三颈瓶中，搅拌、升温，将称好的单体混合后倒人滴加漏斗中，当温度升高到聚合温度时，滴加漏斗中的单体，在3h内滴定，然后恒温至转化率>98%，降温调节pH值出料。
4.2 种子聚合法
将水、乳化剂、助剂，5%单体投人三颈瓶中，搅拌，升温至聚合温度，反应0.5一lh后，再分别滴加剩余单体、引发剂3h滴完，恒温至转化率>98%，降温调节pH值出料。
4.3 预乳化法
取4/5的水、乳化剂、引发剂、助剂全部单体投人三颈瓶中，在室温下快速搅拌乳化30min，然后将1/3的预乳化液和1/5的水投人另一个三颈瓶中搅拌，升温至聚合温度，反应0.5一lh后滴加余下的预乳化液，在3h内滴完，恒温至转化率>98%，降温调节pH值出料。
通过比较数据呢？，我们认为：方法（1）在反应后期转化率上升缓慢，方法（2）滴加时，引发剂与单体较难控制同步，方法（3）操作方便，后期反应较快，转化率都达到98%以上。
5 反应温度的影响
由表2可看出，当温度高于90℃和低于70℃时，聚合反应效果均不理想。引发剂在较低温度下分解慢，形成的活性自由基少，反应速率慢，转化率低；反应温度过高时，反应速率过快，体系不稳定易产生凝胶和粘釜现象。这主要是因为高温下乳化剂的特性发生了变化，乳化效果变差。综合考虑，本实验分两阶段，采用不同温度聚合。前期滴加单体阶段，保持温度75-85℃，使反应体系稳定；滴加完单体后再升温到85-90℃进行保温，加快反应速率，缩短聚合完全的时间。
当反应温度升高时，乳胶粒布朗运动加剧，使乳胶粒之间进行撞击而发生聚结的速率增大，故导致乳液稳定性降低；同时，温度升高会导致乳液稳定性下降，因为非离子型乳化剂遇水时将同水分子发生缔合形成水化乳化剂分子，可使其很好的溶解在水中形成透明溶液，并在乳胶粒周围形成很厚的水化层，但在反应温度升高时，水分子热运动加剧，水和乳化剂分子间缔合力减弱，会使乳胶粒表面上的水化层减薄，当达到某一温度时，水化层大幅度减薄，使乳化剂分子在水中的溶解度减小，以至于使之从水中沉析出来，溶液浊度突然升高，这一温度就是非离子乳化剂的浊点，此时乳化剂就失去了稳定作用，导致破乳。
6 搅拌强度的影响
在乳液聚合过程中，搅拌的一个重要的作用是把单体分散成单体珠滴，并有利于传质和传热。但搅拌强度又不宜过大，否则会使乳胶粒数目减少，乳胶粒直径增大及聚合反应速率降低，同时会使乳液产生凝胶，甚至招致破乳。因此对乳液聚合来说，应采用适度的搅拌。
7 结论
根据多组平行实验得出预乳液制备的好坏将直接影响乳液质量和性能。制备预乳液时，应在反应器中先加入引发剂、乳化剂再加入单体。这样反应器中就先具备了乳液发生聚合的条件，防止单体间自聚，并在50℃ 强力搅拌（大约350转/分）40分制得的预乳液比较理想。温度对乳液的聚合影响也很大，如果控制不好将出现破乳或凝聚。由实验得出乳液聚合的最佳温度为82 ℃-84 ℃，当温度高于90℃和低于70℃时，聚合反应效果均不理想。引发剂在较低温度下分解慢，形成的活性自由基少，反应速率慢，转化率低；反应温度过高时，反应速率过快，体系不稳定，易产生凝胶和粘釜现象。这主要是因为高温下乳化剂的特性发生了变化，乳化效果变差。预乳液的滴加速度对聚合也有影响，如果滴加过慢乳液可能会破乳，过快预乳液反应不完全，可能发生自聚。在不同时期玻璃棒的搅拌速度一定要控制恰当，预乳化阶段和主反应阶段较快（大约350转/分），后处理阶段较慢（大约150转/分）。本实验中乳化剂的用量控制在0.2%左右，引发剂控制在0.2%-0.3%，但每次制得乳液的质量都不太理想，可见乳化剂和引发剂的用量乳液聚合影响存在。乳液中的，酸性或碱性过强，或反应温度过高会破坏乳液体系的稳定性，产生凝胶，因此应严格控制乳液的 pH值和温度。苯丙乳液在制备过程中，内部反应及其复杂，如果反应过程中控制不当或选用的工艺、配方不合适等因素均可导致凝聚现象发生，凝聚的形态有多种，如产生一些粗粒子，或者可能在整个反应器内凝成一团，可见影响乳液质量的因素是多种多样的。
参考文献：
[1] 朱大明，郭远，谈苯丙乳液聚合机理[J]，中州建筑，1995（3）。
[2] 徐峰，我国功能性建筑涂料的应用与发展[J]，现代涂料与涂装，2003（2）