青晨,蔡佩英,徐建军,叶光斗,李守群
(四川大学高分子材料国家重点实验室、高分子科学与工程学院,成都610065)
摘要:以醋酸乙烯(VAc)为主单体,丙烯酸(AA)为改性功能单体,以半连续加料方式进行无皂乳液共聚过程,得到了稳定且固含量为30%左右的乳液。探讨了功能单体AA含量、反应温度等对共聚的影响。采用FT-IR、粒径分析等方法对共聚物的组成、乳胶粒子的尺寸及分布进行了分析表征。结果表明:在(65±2)℃下聚合,所得乳液稳定性好、转化率高、反应完全,且随着功能单体AA含量的增加,乳液黏度上升、单体转化率下降、乳胶粒粒径变小且粒径呈单分散性。
关键词:无皂乳液聚合;醋酸乙烯;丙烯酸;单分散
0引言
聚醋酸乙烯乳液(俗称白乳胶)是一种常用的胶粘剂或涂料,广泛用于建筑、家具、包装、纺织、造纸及日常生活的各个方面[1-3]。但白乳胶通常是用传统的乳液聚合或悬浮聚合的方法来制备的,由于在聚合过程中使用了乳化剂或悬浮剂(如聚乙烯醇、聚氧乙烯等),而乳化剂或悬浮剂很难完全除净,通常会残留在最终产品中,因此对聚醋酸乙烯白乳胶的使用性能有很大的影响。另一方面,均聚醋酸乙烯乳液也存在成膜性差、粘接性不好、耐水性和耐寒性差等固有的缺陷。近年来,人们正在不断探索醋酸乙烯的无皂或低皂乳液聚合方法,以提高聚醋酸乙烯乳液的使用性能[4-6]。但是由于无皂乳液本身的局限性,很难得到固含量高、稳定性好的乳液。因此在实施无皂乳液聚合时,往往会将醋酸乙烯与一些功能单体或表面活性剂单体进行共聚,以得到固含量高、稳定性好的乳液,同时使乳液的耐水性,耐寒性、耐碱性、易起皮结壳等缺陷有较大程度的改善[7-10]。通常采用的共聚单体有甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯类、苯乙烯等[11]。与醋酸乙烯相比,这些单体的疏水性较强,对聚醋酸乙烯水乳液的表面性质并没有多大的贡献。选择较为亲水的单体,如丙烯酸、丙烯酰胺类、多羟基醇来作为改性功能单体可能更有助于改善聚醋酸乙烯乳液的表面性能[12-15]。
本文以丙烯酸为功能单体,采用半连续加料的方法与醋酸乙烯进行无皂乳液共聚,主要对醋酸乙烯/丙烯酸无皂共聚的影响因素:功能单体浓度、单体配比、反应温度等对无皂乳液的胶体粒子尺寸及分布、转化率的影响进行了研究,以期对该体系的无皂乳液改性共聚作一些探索。
1实验部分
1.1原料
醋酸乙烯(VAc):化学纯,四川维尼纶厂提供,减压精馏,冰箱贮存;丙烯酸(AA):分析纯,减压精馏取35～45℃馏分,冰箱贮存;过硫酸钾(KPS):化学纯,40～50℃在二次去离子水中重结晶,真空干燥后贮存于冰箱待用;对苯二酚:分析纯,配制成5%的质量浓度,容量瓶贮存;反应所用水为二次去离子水,电导率为1～6μS/cm。
1.2乳液聚合
在带有机械搅拌器、冷凝管及N2保护管的圆底三颈瓶中加入一定量的二次去离子水及部分(约10%)混合单体,控制搅拌速度200～250r/min,用超级恒温水浴槽加热到设定温度,恒温10min后,加入一定量的KPS水溶液开始引发乳液聚合,聚合约2h。然后通过滴加的方式加入余下的单体。严格控制滴加速度,使余下的单体在40min滴加完毕(约0.2～0.3g/min)。在单体滴加过程中,分3批定时补加KPS引发剂溶液。在聚合过程中定时取样(1～2mL),并置于蒸发皿上,迅速混合1滴质量浓度为5%对苯二酚水溶液,以终止样品的聚合。聚合8h后停止反应,冷却至室温,过滤。最终的乳液贮于容量瓶中待用。
1.3测试与表征
1.3.1转化率的测定
转化率采用称量法测定,其计算方法如下:
X=m1/(m2×A)×100%
式中:X为单体转化率;m1为干燥后样品质量,m2为所取乳液样品质量,A为单体与水的质量比。
