聚醋酸乙烯酯乳液的合成和乳胶漆的制备

聚醋酸乙烯酯乳液的合成和乳胶漆的制备

实验名称：聚醋酸乙烯酯乳液的合成和乳胶漆的制备

实验目的：

1.掌握乳液聚合基本操作，制备醋酸乙烯酯乳液；

2.学习水溶性涂料的基本知识，掌握设计涂料配方的方法；

3.掌握醋酸乙烯乳胶漆的制法和实验技术；

4.掌握测定乳胶漆的性能的方法。

实验原理：

1.合成原理

树脂以微细粒子团的形式分散在水中形成的乳液称为乳胶。乳胶可分为分散乳胶和聚合乳胶两种而在乳化剂存在下靠机械的强力搅拌使树脂分散在水中而制成的乳液称为分散乳胶。由乙烯基类单体按乳液聚合工艺制得的乳胶称为聚合乳胶，用于制取水性涂料的聚合乳胶主要有醋酸乙烯乳胶、丙烯酸酯乳胶、丁苯乳胶以及醋酸乙烯和其他单体共聚的乳胶。

乳液聚合是在机械搅拌下，用乳化剂使单体在水中分散成乳液而进行的聚合反应。聚乙烯醇是醋酸乙烯酯聚合常用的乳化剂，它兼起着增稠和稳定胶体的作用。醋酸乙烯很容易聚合，也很容易与其他单体共聚。可以用本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合或乳液聚合等方法合成各种不同的聚合体。

醋酸乙烯单体的聚合反应是自由基型加聚反应，属连锁聚合反应，整个过程包括链引发、链增长和链终止三个基元反应。

1) 链引发是不断产生单体自由基的过程；

2) 链增长反应是是极为活泼的单体自由基不断迅速地与单体分子加成，生成大分子自由基，链增长反应的活化能低，速度极快；

3) 链终止反应是两个自由基相遇，活泼的单电子相结合而使链终止。

2.涂料制备原理

要把乳胶进一步加工成涂料，必须使用颜料和助剂。以下是常用的助剂及其功用。

1) 分散剂：这类助剂能吸附在颜料粒子的表面，使水能充分润湿颜料并向其内部孔隙渗透，使颜料能研磨分散于水相乳胶中，分散了的颜料微粒又不能聚集和絮凝。

2) 增稠剂：能增加添作料的粘度，起到保护胶体和阻止颜料聚焦、沉降的作用。

3) 防霉剂：加有增稠剂的乳胶漆，一般容易在潮湿的环境中长霉，故常在乳胶涂料中加入防霉剂。

4) 增塑剂和成膜助剂：涂覆后的乳胶漆在溶剂挥发后，余下的分散粒子须经过接触合并，才能形成连续均匀的树脂膜。

5) 消泡剂：涂料中存在泡沫时，在干燥的漆膜中形成许多针孔，消泡剂的作用就是去除这些泡沫。

6) 防锈剂：用于防止包装铁罐生锈腐蚀和钢铁表面在涂刷过程中产生锈斑的浮锈现象。

相关国家标准：

涂料遮盖力测定法： GB/T 1726-1979

漆膜耐水性测定法 ： GB/T 1733-1993

漆膜、腻子膜干燥时间测定法 ： GB/T 1728-1979

漆膜一般制备法 ： GB-T 1727-1992

涂料固体含量测定法 ： GB/T 1725-1979

乳胶漆的分类：

1）根据光泽分有高光乳胶漆、半光乳胶漆，丝光乳胶漆、蛋壳光乳胶漆、平光乳胶漆。

2）根据使用部位分有内墙乳胶漆、外墙乳胶漆。

3）根据用途分有防火型、防霉型、抗裂型、抗紫外线型等。

4）根据层顺序有底漆和面漆。

乳胶漆主要成分及作用：

乳胶漆是一种以水为介质，以丙烯酸酯类等的水溶液为成膜物质，加入多种辅助成分制成的涂料，是墙面漆的一种。

乳胶漆是水性的涂料，它主要由五种成分构成：

1）水；

2）乳液，是一种类似白胶的东西，起附着的作用，为乳胶漆的核心成分；

3）颜料；

4）填料；

5）添加剂，如防起泡、防冻等。

乳胶漆的主要成本由第二和第三两种组成。

配方原料：

醋酸乙烯酯、乳化剂OP-10、过硫酸铵、聚乙烯醇、邻苯二甲酸二丁酯、去离子水、六偏磷酸钠、丙二醇、碳酸钙、滑石粉、碳酸氢钠溶液、磷酸三丁酯、羧甲基纤维素、钛白粉。

实验流程：

聚酯酸乙烯酯乳液的制备

1.配置5％的过硫酸钾溶液。

2. 量取88ml1.13%的OP-10乳化剂加入250ml四口瓶。

3. 加入平均聚合度在1700左右，醇解度约为88%聚乙烯醇6.0g，加入时间为5min。加完后搅拌10min，加热混合物，升温至85℃，使聚乙烯醇完全溶解，溶解时间为1-2hr，至聚乙烯醇完全溶解为止。

4. 体系降温至60℃以下时，加入20g新蒸馏过的醋酸乙烯酯和4ml 15％的过硫酸钾溶液。搅拌至充分乳化后，加热至反应器中温度达到70℃左右，维持反应温度到回流基本消失。

5.用恒压漏斗在2h内滴加68g新蒸馏过的醋酸乙烯酯，同时每加10g醋酸乙烯酯后滴管滴加1ml 5％过硫酸钾溶液。整个加料过程中控制反应温度在70℃以上，并不停搅拌。反应后期搅拌速度加快。单体滴加完毕后，一次性补加2ml 5﹪的过硫酸钾溶液，然后慢慢升温到90℃，直到无回流为止。

6.将反应体系从油浴中取出，冷却。待温度下降至50℃时，加入3-6ml5％碳酸氢钠溶液，调节PH＝6-7。

7. 加入10g邻苯二甲酸二丁酯并搅拌0.5h以上。冷后得到白色的聚醋酸乙烯酯乳液。

2.涂料制备流程：

把50g去离子水，12.5g 10%六偏磷酸钠酸钠水溶液及6.5g丙二醇加入三口瓶中，开动高速搅拌器，在慢速下逐渐加入45g钛白粉、20g滑石粉和15g碳酸钙，快速搅拌分散均匀，慢慢加入0.8g磷酸三丁酯，继续快速搅拌30min后，慢速加入100g醋酸乙烯酯乳液，直到搅拌均匀为止，即得白色涂料。若再加入少量彩色颜料浆，可得到彩色涂料。

思考题：

1. 聚醋酸乙烯单体的聚合是什么反应？

答：自由基型加聚反应，属连锁聚合反应。

2. 为什么大部分的单体和过硫酸钾用逐步滴加的方式加入？

答：逐步滴加可以探寻出最适宜的加单体的速度、回流大小、每小时补加过硫酸钾量等操作控制条件。同时控制引发剂的量和乳液的PH值。

3. 过硫酸钾在反应中起什么作用？其用量过多或过少对反应有何影响？

答：做为引发剂。过硫酸钾在水相中受热分解成硫酸离子自由基而引发聚合反应，过多的量会引起乳液PH值的下降，同时会使反应加剧，温度升高过快；用量过少会使反应减慢，温度偏低和单体聚合速度减慢。

4. 为什么反应结束后要用碳酸氢钠调整PH为5—7？

答：用碳酸氢钾调节PH值，因为过硫酸钾在水相中受热分离出硫酸离子、硫酸离子自由基还能夺取水中的氢，形成酸性硫酸离子和氢氧自由基，其酸性会使乳液的PH下降，影响乳液的稳定性，故需要加入以调节PH值。

5. 试说出配方中各种原料所起的作用。

答： 醋酸乙烯酯

乳化剂OP-10 表面活性剂

过硫酸钾 引发剂

聚乙烯醇 表面活性剂

邻苯二甲酸二丁酯 成膜助剂

去离子水 溶解、配置溶液

六偏磷酸钠 分散剂

丙二醇 成膜助剂

碳酸钙 白色涂料，控制颜色

滑石粉 白色涂料，控制颜色

碳酸氢钠溶液 调节乳液PH

磷酸三丁酯 消泡剂

羧甲基纤维素 增加乳液黏度，提高乳液稳定性

钛白粉 白色涂料，控制颜色

6. 聚乙烯醇在反应中起什么作用？为什么要与乳化剂OP-10混合使用？

答： 降低单体和水的表面张力，增加单体在水中的溶解度，加入乳化剂OP-10能增加乳液的粘度，从而使乳液更加稳定，防止颜料聚集和沉降。是常用的表面活性剂。

7. 为什么聚醋酸乙烯聚合的单体必须新精馏？

答：因为醛类和酸类有明显的阻聚作用，聚合物的相对分子质量不易增大，使聚合反应复杂化。

8. 在搅拌颜料、填充料时为什么要高速均质搅拌？用普通搅拌器或手工搅拌对涂料性能有何影响？

答：高速均质搅拌才能使各助剂在乳液中均匀混合。普通的搅拌器或是手工搅拌会使助剂在乳液中分布不匀，局部过多或是过少，影响其稳定性，也影响乳胶漆的性能测定。

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