1．实验目的

1)了解乳液聚合的基本原理和工艺特点。

2）掌握乳液聚合的操作方法。

3）了解乳液聚合中各个组分的作用及选择原则。

2．实验原理

乳液聚合是指油溶性单体在水介质中，通过机械搅拌并在乳化剂的作用下分散成很小的乳液液滴而进行聚合的一种聚合实施方法。乳液聚合最简单的配方是由单体、水、水溶性引发剂和乳化剂四部分组成。工业上的实际配方要复杂得多。乳液聚合中起关键作用的是乳化剂，也称为表面活性剂，是一类同时含有亲水基团和亲油基团的化合物，能降低油／水的界面张力，使油性单体在水中乳化形成稳定乳液。与悬浮聚合相比，乳液聚合产物的颗粒粒径约为0.05-1μm，比悬浮聚合产物的颗粒粒径（50-200μm）要小得多；乳液聚合所用的引发剂是水溶性的，而悬浮聚合所用的引发剂是油溶性的；在本体、溶液、悬浮聚合中，凡是使聚合速率提高的因素，都将使产物的分子量降低，而在乳液聚合中，聚合速率和分子量可同时提高。

因此，乳液聚合有许多优点，聚合热容易排除，聚合反应温度容易控制；聚合速度快，同时可获得较高的分子量；聚合获得的乳液可直接使用，可避免重新溶解、配料等工艺操作。但是，乳液聚合产品纯度较低，在需要获得固体聚合物时，乳液需经破乳凝聚、洗涤、脱水、干燥等复杂的后处理，这些问题使其生产成本较悬浮聚合法高，反应设备的生产能力和利用率比本体聚合时低。比较其优缺点可发现，乳液聚合不失为一种制备合成高分子物质的较好方法。乳液聚合在工业上的应用十分广泛，如合成橡胶中产量最大的丁苯橡胶和丁腈橡胶就是采用乳液聚合法生产的。此外，聚氯乙烯糊状树脂、丙烯酸酯乳液等也都是乳液聚合的产品。
苯丙乳液是丙烯酸醋乳液中较重要的品种之一，具有成膜性能好、耐老化、耐酸碱、耐水、价格低廉等特点，是建筑涂料、黏合剂、造纸助剂、皮革助剂、织物处理剂等产品的重要原料。苯丙乳液通常由苯乙烯和丙烯酸丁酯，外加少量的丙烯酸单体，通过乳液聚合法共聚而成。丙烯酸丁酯的聚合物具有良好的成膜性和耐老化性，但其玻璃化转变温度仅为-58℃，不能单独用作涂料的基料；将丙烯酸丁酯与苯乙烯共聚后，涂层表面硬度大大增加，生产成本也有所下降。丙烯酸是一种水溶性单体，参加共聚后主要存在于乳胶粒表面，羧基指向水相，因此颗粒表面呈电负性，使得颗粒不容易凝聚结块，提高了乳液的稳定性；同时，丙烯酸中的极性基团羧基能提高涂料的附着力。

苯丙乳液制备一般采用过硫酸铵或过硫酸钾作为引发剂，十二烷基硫酸钠作为乳化剂。十二烷基硫酸钠是一种阴离子型乳化剂，具有优良的乳化效果。用十二烷基硫酸钠作为乳化剂制备的乳液机械稳定性较好，但化学稳定性不够理想，其与盐类化合物作用会发生破乳凝聚作用。为了改善乳液的化学稳定性，可加入非离子型乳化剂，组成复合型乳化体系。常用的非离子型乳化剂有壬基酚聚氧乙烯醚（如OP-10)等。用于建筑乳胶漆的苯丙乳液的固体含量为48％±2%，最低成膜温度为16℃，成膜后，涂料无色透明。为了使建筑乳胶漆在冬天也能使用，通常还需加入成膜助剂，如苯甲醇等，可使涂料的最低成膜温度达到5℃。

3．仪器和药品

(1）仪器

标准磨口四口烧瓶（250m1/24mm×4）一只；加热套（500ml）一个；球形冷凝器(300mm）一支；Y形连接管（24mm×3）一只；温度计（10000）一支；分液漏斗(125ml）一只；滴液漏斗（125ml、50ml）各一只；烧杯（l00m1）两只、(250m1）一只；广口试剂瓶（250ml）一只；量筒（100m1、50m1）各一只；平板玻璃（l00mm×l00mm×3mm）一块；电动搅拌器一套。

(2）药品

苯乙烯40g，分析纯；丙烯酸丁酯30g，分析纯；丙烯酸1g，分析纯；过硫酸铵0.3g,化学纯；十二烷基硫酸钠0.3g，化学纯；OP-10乳化剂1g，分析纯。

4．实验步骤

1)将0.3g十二烷基硫酸钠和1gOP-10乳化剂置于100m1烧杯中，加入55m1去离子水，略加热搅拌溶解，混合均匀，得组分1。

2)将0.3g过硫酸铵置于100m1烧杯中，加入12ml去离子水，溶解得组分2;在250m1烧杯中加入苯乙烯40g，丙烯酸丁酯30g，丙烯酸1g,混合均匀，得组分3。

3)在装有机械搅拌器、温度计、冷凝器和滴液漏斗的四口烧瓶中，加入组分1。开动机械搅拌器，升温到80℃并保温。加入1/3的组分3，机械搅拌乳化30min，获得淡蓝色乳液。随后，滴加组分2和组分3，并使组分3略先于组分2加完，控制在1h左右滴加完。

4)80℃保温反应0.5h后，搅拌下自然冷却至室温。

5)取少量所得乳液涂于洁净的载玻片上，室温下成膜，1h后得一表面坚硬的透明涂层。

5．注意事项

1)聚合过程中液面边缘若无淡蓝色现象出现，产物的稳定性将不会好。若遇到此种情况，实验应重新进行。

2）聚合反应开始后，有一自动升温过程。应严格控制聚合温度不得高于85℃，否则，乳化剂的乳化效率将降低，并有溢料的危险。