3.2 乳化劑對乳液性能的影響
在乳液聚合中,乳化劑起著非常重要的作用,主要表現(xiàn)為聚合前分散增溶單體,形成較穩(wěn)定的單體乳化粒,提供單體聚合的場所;聚合后穩(wěn)定乳膠粒子使之不發(fā)生凝聚,形成具有一定固含量和粘度的穩(wěn)定聚合物乳液,并對單體在乳液中的聚合行為、乳膠粒子大小和分布、乳膠粒的性質(zhì)有很大的影響[5]。
3.2.1 乳化劑的選擇
本論文使用陰離子型乳化劑十二烷基硫酸鈉(SDS)和非離子乳化劑OP-10進行復(fù)配。以使兩種乳化劑分子交替吸附在乳膠粒子表面上,就相當于陰離子型乳化劑分子之間楔入非離子型乳化劑,這樣既拉大了乳膠粒子表面上乳化劑分子之間的距離,又由于非離子乳化劑的靜電屏蔽作用,大大降低了乳膠粒子的表面靜電張力,從而增大了乳化劑的吸附牢度,使乳膠粒子具有良好的電解質(zhì)穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。同時,兩種乳化劑復(fù)合使用,既使得乳膠粒之間存在很大的靜電斥力,又在乳膠粒表面上形成很大的水化層,二者雙重作用,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),提高共聚物乳液的穩(wěn)定性[6]。
3.2.2乳化劑用量的影響
固定反應(yīng)時間2.5h,反應(yīng)溫度80℃,引發(fā)劑用量0.5%,陰/非離子乳化劑配比為1:2,考察乳化劑用量的影響規(guī)律。其用量分別為:1.0%、2.0%、2.5%、3.0%,4.0%。實驗結(jié)果如圖2、圖3所示。
圖2 乳化劑用量對凝聚率的影響
圖3 乳化劑用量對單體轉(zhuǎn)化率的影響
由圖2、圖3可見,隨著乳化劑用量的增加,呈現(xiàn)出凝聚率降低和單體轉(zhuǎn)化率升高的趨勢。因為隨著乳化劑用量的增加,體系中的膠束數(shù)量增多,形成更多更小的乳膠粒,延長了自由基的平均壽命,提供了更多的反應(yīng)場所,從而提高了反應(yīng)速率,減少了高危期的時間和降低了體系的自由能,進而減少了凝聚物的生成,提高了體系的穩(wěn)定性。對于單體轉(zhuǎn)化率的影響,因為在相同的反應(yīng)時間里,反應(yīng)速率高,單體轉(zhuǎn)化率也相應(yīng)提高[7]。實驗結(jié)果表明,乳化劑用量越多對體系的穩(wěn)定性和單體轉(zhuǎn)化率越有利,但過多的乳化劑也必將影響其產(chǎn)品質(zhì)量,聚合物的分子量、耐水性和剝離強度將有所下降,而太多會使乳液粒子大小不一,膠膜耐水性差,使用性能大為下降[8]。綜合考慮乳化劑用量對乳液各項性能的影響 ,選擇乳化劑用量為2.5%為宜,其轉(zhuǎn)化率達98.24%,凝膠較小,乳液穩(wěn)定。
3.3 聚合溫度及反應(yīng)時間對單體轉(zhuǎn)化率的影響固定乳化劑用量2.5%、引發(fā)劑用量0.5%,保持MMA/BA/EA/AA各用量不變,分別研究了不同聚合溫度下反應(yīng)時間與單體轉(zhuǎn)化率的關(guān)系,實驗結(jié)果見圖4。
圖4 不同聚合溫度下反應(yīng)時間-轉(zhuǎn)化率曲線
由圖4 可見,聚合溫度為75℃時,引發(fā)反應(yīng)較慢,第一個20min時單體轉(zhuǎn)化率為57%,而80℃與85℃均可達到70%以上。反應(yīng)溫度為80℃時,單體的反應(yīng)活性增大,引發(fā)劑分解的速率加快,有利于加速聚合反應(yīng)速度,在反應(yīng)到100min左右時轉(zhuǎn)化率就差不多能到達98%。而85℃聚合時盡管能達到更高的轉(zhuǎn)化率,有更快的聚合反應(yīng)速度,但與此同時,反應(yīng)放熱過快,聚合熱不易排出,反應(yīng)難以控制,會產(chǎn)生較多的凝聚物,降低乳液的穩(wěn)定性,因此選擇乳液聚合溫度為 80℃。此外,由圖4可以看出,在反應(yīng)到達100min左右時即可達到較高的單體轉(zhuǎn)化率,而且在反應(yīng)后期單體轉(zhuǎn)化率變化趨于平緩,因此本研究選擇乳液聚合的反應(yīng)時間為120min。