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清净乳液中游离单体的后聚合
2007/4/12/08:26  来源:涂料涂装资讯网
 

    姜英涛 ( 上海市涂料研究所 200062)
 
 
    摘要:叙述了乳液聚合中自由基进入颗粒相的机理,由此说明了游离单体是聚集在颗粒相中,其清除 就要用亲油性大、自由基产生速度快的氧化还原引发体系。

    关键词:游离单体;后聚合;乳液聚合

    乳液中的游离单体使产品气味难闻,有一定毒害,危及环境,所以在乳液制造的最后一步要清除这些游离单体。一般采用氧化还原引发体系再作一次聚合,称为后聚合。

    在乳液聚合中,聚合发生在颗粒相,而自由基则产生在水相。那些亲水的自由基无法进入亲油的颗粒相,只有在水相中引发后链增长至拥有 Z 个单体后 ( 称为 Zmer) 才有足够的表面活性而能藉两亲性的本质移向并进入颗粒中 。由于单体的亲油性各不相同,因此 z 的数目也不同。例如对过硫酸自由基来说,苯乙烯 (St) 为 2 ~ 3 个,甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 为 4 ~ 5 个,醋酸乙烯 (VAt) 约为 10 个。在单体的滴加过程中,水相中有足够的单体, Zmer 形成迅速故自由基可畅通地进入颗粒相。滴加完毕后,水相中的单体 浓度逐渐下降,最终的浓度将是单体在颗粒相/水相 间分配比的份额,这是一个很低的浓度,这就降低了链增长的几率,即需要更长的时间,也就增大了相互间链终止的几率,所以大大地减少了能进入颗粒相的自由基,聚合也就基本上停止了,这样游离单体就绝大部分存在于颗粒相中。经分析也证明了这一点,并且绝大部分是单体组成中活性最小的。因而常选用亲油性大, 自由基产生速度高的引发体系来再次引发,为此选择了氧化还原引发体系用于后聚合。

    Ilundian 等人用叔丁基过氧化氢 (TBH) /抗坏血酸 (AsA) 、过氧化氢 (HP) / AsA 和过硫酸钾 (KPS) / AsA 3 种氧化还原引发体系对 VAc /丙烯酸丁酯 (BA) /丙烯酸 ( 从 )=78 . 5 / 18 . 5 / 3 ; BA / S / AA=67 / 31 / 2 和 MMA / BA / AA=49 . 5 / 49 . 5 / 1 的 3 种乳液作后聚合试验,结果 KPS / AsA 效果最差, HP / AsA 较好, TBH / AsA 的最佳。这是因为自由基亲油性的差别,亲油性大的到达 Zmer 所需的链增长单体数更少更快。

    Asua 等人 用 TBH / AsA 引发体系对 VAc / BA / AA=78 . 5 / 18 . 5 / 3 乳液的后聚合作了研究。首先对 TBH 和 AsA 的配比作了比较,结果认为按理论配比,即 TBH / AsA=2 / 1( 摩尔比 ) 最有效。然后按此配比以不同剂量在 70 ℃ 下在后聚合中作了比较,结果显示: 以残留 VAc 单体 ( 单体配方中活性最小的 ) / TBH / AsA : 1 / 0 . 25 / 0 . 125( 摩尔比 ) 或更大的剂量,可在 1 h 完全将 VAc 清除掉。又按此剂量对反应温度和滴加时间作了比较,结果显示,反应温度不宜低于 60℃,滴加时间从 45~ 90 min 均能清除掉游离单体。

    Salazai 等人 以 TBH / AsA=2 / 1( 摩尔比 ) 的氧化还原引发体系对 BA / St / AA=67 / 3 1 / 2 的乳液作后 聚合试验。按残留 BA( 单体配方中活性最小的 ) / TBH / AsA=1 / 0 . 25 / 0 . 125 的剂量在 54℃用 30 min 滴加完毕后再保温。结果显示, 30 min 后已可将游离单体完全清除。

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