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苯乙烯-丙烯酸正丁酯复合乳液聚合
实验七苯乙烯(St)、丙烯酸正丁酯(n-BA)
复合乳液聚合
一、实验目的:
1. 通过苯乙烯(St) 、丙烯酸正丁酯(n-BA)复合乳液聚合,了解复合乳液聚合的特点,并比较一般乳液聚合、种子乳液聚合和复合乳液聚合的优缺点。
2. 掌握制备核/壳结构复合聚合物乳液的方法和对聚合物进行改性的方法和途径。
二、实验原理:
乳液聚合反应机原理图如下:
核壳乳液聚合方法概要:通过一般乳液聚合制备第一单体的聚合
物乳液做为种子乳液(核聚合),然后在种子乳液存在下,加入第二单体(或几种单体的混合物)继续聚合(壳聚合),这样就形成了以第一单体为核,第二单体聚为壳的核/壳结构的合物乳液。其聚合原理图如下:
本实验采用以苯乙烯+丙烯酸进行核聚合,丙烯酸正丁酯+丙烯酸进行核聚合。产物为聚苯乙烯为核,聚丙烯酸正丁酯为壳的核壳聚合物乳液。
具体反应过程为在第一阶段聚合中合成的聚苯乙烯(PS) 乳胶粒作为种子,再加入第二单体丙烯酸正丁酯(n-BA)、引发剂过硫酸钾(KPS)和少量乳化剂进行第二阶段乳液聚合时,此时的聚合机理按接枝涂层理论机理进行。即单体
n-BA 富集在种子乳胶粒PS 的周围,PS 乳胶粒成为n-BA单体聚合的主要场所,所生成的聚合物Pn-BA 富集在PS 的周围而形成以PS 为核,Pn-BA壳的核/壳结构聚合物,且核壳之间存在着PS-Pn-BA 接枝共聚物,理想情况下不生成新的乳胶粒。由于在聚合过程中形成了少量的PS-Pn-BA 接枝共聚物使得核/壳结构的复合聚合物的性能优于任何一种均聚物 PS 或 Pn-BA 和 PS-Pn-BA 无规共聚物的性能。如耐水性能、耐溶剂性能、软化点、
弹性和机械强度等均有大幅度提高。特别是用于外墙涂料的基料, 其最低成膜温度(FMT)、玻璃化温度(Tg)低、附着力好、耐水性能好、光泽度高、大大改善了夏季回粘性,从而提高了涂料的性能并延长了施工期。由此可见,制备复合聚合物是对聚合物改性的一种方法。
三、实验用品:
三口瓶,回流冷凝管,滴液漏斗,温度计,电动搅拌器,移液管,恒温水浴,量筒,烧杯。(装臵图在实验步骤中展示)
苯乙烯(St),碳酸氢钠,丙烯酸正丁酯(n-BA),邻苯二甲酸二丁酯(DBP),丙烯酸(AA),壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10),过硫酸钾(KPS),十二烷基硫酸钠(SDS)
四、实验步骤:
核单体预乳:45ml H2O+ SDS+1g OP-10,50—60°C搅拌溶解,
1 20ml St+ AA。反应30min。——○
壳单体预乳:15ml H2O+ SDS+ OP-10,50—60°C搅拌溶解,
2 n-BA+ AA。反应30min。——○
( K2S2O8+20ml H2O配臵供2组使用)
核聚合:补加8ml 引发剂K2S2O8,升温至80°C。用滴液漏斗缓慢加
1中核单体(出现蓝色荧光),出现荧光后聚合时间1h入○
左右,得白色种子(核)乳液。现象同装臵图如图所示:
2中壳单体,滴完后升至壳聚合:补加2ml引发剂,80°C下缓慢加入○
90°C。反应1h左右。
反应完后滴加10%NaHCO3溶