文档介绍：四、乳液聚合生产工艺
1、乳液聚合生产工艺的特点
乳液聚合的定义:
乳液聚合是单体和水在乳化剂的作用下配制成的乳状液中进行的聚合,体系主要由单体、水、乳化剂及水溶性引发剂四种成分组成。
合成橡胶:丁苯橡胶、***丁橡胶、丁***橡胶等
粘结剂、涂料:白胶、乳胶漆等
合成树脂:聚***乙烯及其共聚物、聚醋酸乙烯及其共聚物、聚丙烯酸酯类共聚物等
各种助剂(纺织、造纸、建筑)等
乳液聚合的应用
(1) 聚合速度快,分子量高;
(2) 以水为介质,成本低。反应体系粘度小,稳定性优良,反应热易导出。可连续操作;
(3) 乳液制品可以直接作为涂料和粘合剂。粉料颗粒小,适合于某些特殊使用场合;
(4) 由于使用乳化剂,聚合物不纯。后处理复杂,成本高。
乳液聚合生产的主要特点
Emulsion(乳液):在表面活性剂作用下,在水相中油相形成的稳定分散相的体系。
Latex(胶乳):高分子化合物的微粒分散在水中所形成的稳定的水乳液体系的总称。
包括树脂,例如聚氧化乙烯、橡胶,例如天然胶乳、合成胶乳
水
油
搅拌
乳液
洗涤剂
2、乳液聚合的基本原理
乳化液及乳化液的稳定性
(1)乳化剂使分散相和分散介质的表面张力降低
以表面活性剂作为乳化剂时,乳化剂使分散相和分散介质的界面张力降低, 使液滴和乳胶粒的自然聚集的能力大大降低,因而使体系稳定性提高。但这样仅使液滴和乳胶粒有自聚集倾向,而不能彻底防治液滴之间的聚集。
例如将鱼肝油分散在浓度为2%的肥皂水中,其界面自由能比纯水降低了90%以上。
乳状液稳定的条件
(2)离子型乳化剂的双电层静电排斥作用
双电层是建立了静电力和扩散力之间的平衡。由于乳胶粒表面带有电荷,故彼此之间存在静电排斥力。而且距离越近排斥力越大,使乳胶粒难以接近而不发生聚集,从而使乳状液具有稳定性。
带负电的乳胶粒双电层示意图
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乳胶粒
固定层
吸附层
(3)空间位阻的保护作用
乳化剂使液滴或乳胶粒周围形成有一定厚度和强度的水合层,起空间位阻的保护作用。这种空间位阻的保护作用阻碍了液滴或乳胶粒之间的聚集而使乳状液稳定
具有空间位阻作用的水合层示意图
乳胶粒
当乳状液中加入一定量的电解质后,液相中离子浓度增加,在吸附层中异性离子增多,电中和的结果是使动电位下降,双电层被压缩。当电解质浓度达到足够浓度时,乳胶粒的动电位降至临界点以下,乳胶粒之间的吸引力由于排斥力的消失而体现出来,使体系出现破乳和凝聚现象。 离子型乳化剂形成的乳状液其电解质稳定性差。
(1)电解质的加入
影响乳状液稳定的因素
(2)机械作用
(3)冰冻
(4)长期存放
当机械作用能量超过聚集活化能时,乳胶粒就彼此产生凝聚。非离子型乳化剂形成的乳状液其机械稳定性差;
由于冰晶的继续增长而被覆盖在下面的乳状液一方面受到机械压力,一方面水的析出时乳状液体系内电解质浓度升高,直至最后造成破乳。
乳液聚合过程体系的相转变:
液-液体系→液-固体系
根据间歇法乳液聚合的动力学特征,可以把整个乳液聚合过程分为四个阶段:
乳胶粒生成阶段(聚合I段)
分散阶段(聚合前段)
乳胶粒长大阶段(聚合II段)
聚合完成阶段(聚合III段)
乳液聚合过程和机理