苯丙乳液胶粒粒径和涂膜吸水率影响因素

在纸制品用水性涂料中占绝对优势的是苯丙乳液类涂料，其耐候性较好、附着力强、流平性佳。在乳液聚合过程中，乳胶粒直径是乳液合成质量的重要指标之一，乳液涂膜的吸水率又是乳液性能的重要标志。乳胶粒直径越小、分布越窄，乳液的表面张力越低，成膜流平性越好，对底材具有良好的渗透性和润湿性，附着力越强。乳液涂膜的吸水率越低，涂布后的产品耐水性越强。影响胶粒直径及吸水率的因素很多，例如：乳化剂种类、用量及配比，引发剂用量，酸碱单体的影响，固含量，种子乳液中的单体比例等因素，都会对胶粒直径和涂膜吸水率产生明显的影响。同时上述因素之间又相互关联。了解这些影响因素，对于研究和掌握乳液聚合技术具有重要的指导作用。本研究对上述影响因素逐一进行了实验，并在一定范围内得到某些规律性的结果。
1.实验部分
1.1主要原料及试剂
甲基丙烯酸甲酯(MMA)：分析纯，北京益利精细化学品有限公司；丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)、丙烯酸(AA)：化学纯，汕头市西陇化工厂(使用前蒸馏除去阻聚剂)；十二烷基硫酸钠(SDS)：化学纯，北京笃信精细制剂厂；壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)：分析纯，天津市福晨化学试剂厂；过硫酸铵(APS)、氨水：分析纯，北京化工厂；碳酸氢钠(NaHCO3)：分析纯，北京德茂生物化工厂。
1.2聚合物乳液的制备
在装有搅拌装置、温度计、回流冷凝器和滴液漏斗的四口烧瓶中加入部分乳化剂水溶液、pH值缓冲剂、部分核单体预乳化液、1/3引发剂水溶液，混和均匀，于加热套中加热至75～85℃使之聚合；出现蓝色荧光后，用滴液漏斗缓慢滴入剩余的核单体预乳化液和1/3引发剂水溶液，在1.5～2h内滴加完毕。继续保温约30min，即得到种子乳液。在上述的种子乳液中，通过滴液漏斗缓慢滴加入壳单体预乳化液和剩余1/3引发剂水溶液彩色沥清地坪(控温约75～85℃)，大约2～2.5h滴加完毕，继续反应1h。升温至90～92℃保温1～2h后，降温至60℃左右，用氨水调节pH值至7～8，过滤，出料，检测乳液的性能。
1.3乳液的粒径分布表征及吸水率检测方法
1.3.1乳液的粒径分布表征
采用英国MALVERN公司的NanoZS纳米粒径测定仪测定乳液的粒径分布。
1.3.2乳液吸水率检测方法
吸水率的测定：按GB1034—1986，将尺寸为2.0cm×1.5cm×0.06cm的共聚物膜浸泡在23℃的去离子水中测定，吸水率按式(1)计算。
吸水率=[(浸水后试样质量-浸水前试样质量)/浸水前试样质量]×100%式(1)
2.结果与讨论
2.1乳化剂的影响[1]
不同种类的乳化剂其特性参数、临界胶束浓度(CMC)、聚集数以及对单体的增容度等各不相同。当乳化剂用量和其他条件相同时，CMC越小，聚集数越大或增容度越大的乳化剂成核几率越大，可生成的乳胶粒数目越多，其直径越小。实验证明最适合苯丙乳液合成的乳化剂有两种：非离子型乳化剂和阴离子型乳化剂。因为阴离子型乳化剂临界胶束浓度较低，尤其是十二烷基硫酸钠更低，lgCMC=-2.12(见表1)，因此其成核的几率大，可生成的乳胶粒数目多，胶粒直径小，而且，作为有机硫酸盐，强酸强碱在水中全部电离，对乳胶粒子来说，形成的离子水化层越厚，乳液的稳定性越好。