【正文】 ..................................... 30 畢業(yè)設計（論文） 1 第一章 概 述 苯丙乳液 苯乙烯 以及 丙烯酸酯共聚物乳液涂料 同時又被 稱 作為 苯 丙乳液涂料 ， 是一種用苯乙烯改性的丙烯酸酯系共聚物乳液涂料 ， 笨丙乳液是采 用苯乙烯部分或 者是 全部代替純丙乳液中的甲基丙烯酸甲酯。 因為是 在共聚物中引入了 一部分的 苯乙烯鏈段 ,能有效的 提高 其作為 涂膜的耐水性、耐堿性、硬度、抗污性 以及 抗粉化性。 苯丙乳液為 乳白色液體， 液體是 帶 有 藍光。固體含量 是 40～ 45％，粘度 是 80～ 1500mPas，單體殘留量 為 %， pH值 一般在 8～ 9左右 。苯丙乳液 的 附著力 相當 好， 而且 膠膜 十分 透明，耐水、耐油、耐熱、耐老化性能 都非常良好 ， 不僅可以 用 來 作 為 紙品膠粘劑， 還可以 與淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉等膠 粘劑 一起配合來 使用。 此物一般 貯存于 5～ 30℃的庫房內，貯存期 一般 不會超過 1年。 該 涂料 的 保光性、保色性、戶外耐久性 、 抗污性 不錯 ,還有 對填料粘結強度 相當 高 。同時還可以用來 配制高光澤乳液涂料 ； 考慮到經(jīng)濟原因， 其成本比純丙乳液涂料低 上不少 。這種涂料 不僅僅能 供水泥沙漿、灰泥沙漿、木材、混凝土底材的涂裝 ,還能有效的 配制沙漿噴涂漆和水泥系涂料 ， 當然也可以 大量地用 來 作 為 外墻 的 涂料。這類涂料用途 十分廣泛 ， 在乳液涂料總產(chǎn)量中占有 一席之地 ， 是一類 非常具有 發(fā)展前途的乳液涂料。 苯丙乳液發(fā)展 簡介 乳化劑體系 的 研究進展 主要 是由 5060 年代 開始 ， 在 當時 ， 人們研究 比較多 的是表面活性引發(fā)劑和表面活性鏈轉移劑； 苯丙乳液的 研究熱潮 是 出現(xiàn)在 20 世紀末和 21世紀初，隨著 可 聚合乳化劑的優(yōu)異性能 慢慢 被人們 所 發(fā)現(xiàn)，研究 也就 越來越集中在可聚合乳化劑上面 了 。 極 具有代表性的研究是由歐盟資助、 Guyot A[3]等領導的由 8 個學術和 5 個工業(yè)實驗室聯(lián)合進行的系統(tǒng) 性 研究。 這些實驗室 系統(tǒng) 性 地研究了 可以 影響可聚合乳化劑應用性能的諸多 影響 因素， 與此還 探討了 怎么做才能 使可聚合乳化劑達到他們所預期的 最佳使用效果。 從那以后 的系統(tǒng)研究 逐漸減少 ，人們 開始熱衷于 進行新結構 反應型乳化劑的合成與性能 的 研究， 期望著可以 找到性能更加優(yōu)異的品種和開拓畢業(yè)設計（論文） 2 其應用領域 市場 等。 另一方面， 近些年來， 研究 相對多 的是將可聚合乳化劑應用到微乳聚合中 得以來 制備無機或 者是 有機納米粒子。 我國 國內 有關 反應型乳化劑的研究 是近幾年 才開始興起 ， 就眼前而言，較為 熱門的幾種可聚合乳化劑有陰離子型 、陽離子型馬來酸酯類的和丙烯酰胺可聚合乳化劑等。 這幾年， 在乳液聚合理論和技術發(fā)展的基礎上， 發(fā)現(xiàn) 了有機 無機納米復合高分子乳液，材料的復合 也已經(jīng)開始 從單純的機械共混 逐步擴大 發(fā)展到 了 亞微觀的有機復合 [21]。納米復合高分子乳液中一相為有機聚合物相， 另一相為無機相 合物相 ， 該類型的 復合材料與常規(guī)的聚合物／無機填料復合體系不同，不 僅僅在于 有機相與無機相的簡單混合，而 更為重要的是 兩相在納米尺寸范圍內 可以 復合而成的。有機 無機復合乳液聚合是把有機物和無機物的長處結合起來的一種新型乳液聚合技術。無機材料具有硬度高、耐老化、耐溶劑、價廉等長處， 與此同時 有機材料具有成膜性好、柔韌性好、可選擇性強等優(yōu)點。用有機無機復合乳液聚合 所 得 來 的高分子乳液具有 著與生俱來的強大優(yōu)勢，比如說 附著性能好、耐水性好、透氣透濕性高、抗粘連性、力學性能好等優(yōu)點，在化工、 電子學、光學、機械、生物學等領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景 ，市場前景無比燦爛。就現(xiàn)在而言，有機 無機復合乳液聚合最關鍵的技術是要解決有機、無機兩種材料的界面親和性，高性能有機硅 丙烯酸酯復合乳液是有機 無機復合乳液聚合最典型的代表 [22]。 研究目的和步驟 本課題是以生產(chǎn)苯丙乳液為目的，通過 研究 合成工藝路線的 差異 ， 來選擇最佳的且 經(jīng)濟合理的工藝流程，設計 的 裝置中的主要設備 —— 聚合釜。由于設計需要每一批的進料量、反應時所放出熱量的速率、以及物料的粘度、密度和比熱等數(shù)據(jù)， 因此 本設計工作 主要分為 兩步 來 進行： 資料收集：通過查閱 有關 資料 來 確定物料的進料比、反應時間、反應溫度等相關的 操作條件， 通過 生產(chǎn)需 求來 確定實際生產(chǎn)的進料量， 可以為 工藝設計提供 極其重要的 計算數(shù)據(jù)，測產(chǎn)品的粘度密度等 都要 作為設計依據(jù)。 設計計算： 知道 生產(chǎn)的進料量，進行物料衡算、熱量衡算；根據(jù) 相關 工藝操作要求，設計 出 合適 高效 的操作 方式和生產(chǎn)工藝 ； 再就是 設備 的 選型 問題 、計算 得出聚合釜的主體尺寸；繪制 出 工藝流程圖 以及 聚合釜總裝圖。 畢業(yè)設計（論文） 3 第二章 廠址選擇及工廠總平面設計 廠址選擇 廠址選擇的原則 符合當?shù)爻擎?zhèn)總體發(fā)展 規(guī)劃的要求，并盡量與附近企業(yè)相配合。 面積和外形要滿足啤酒生產(chǎn)工藝的要求，并留有適當?shù)臄U建余地。 廠址地形宜平坦，地面傾斜坡度最好不超過 3% ,便于廠區(qū)運輸線路布置。 廠址選擇從投資和經(jīng)濟效益考慮 較方便的運輸條件，距離公路或專用鐵路最短為好，以節(jié)省投資。 有一定供電條件，滿足生產(chǎn)需要。 所選廠址附近不僅有充足的水源，而且水質應較好。 廠址選擇結果 本設計綜合以上各種因素，經(jīng)過半個月的探訪和實地考察，由于上窯發(fā)展較早，廠房建設較為密集，、金屬等重污染行業(yè)，有完 善的污水處理系統(tǒng)，及消防系統(tǒng)，利于工廠進駐。所以初步選擇了黃石市上窯作為工廠的廠址。 總平面設計 總平面的設計的原則和要求 總平面設計必須符合國家各項方針的前體下，符合防火，衛(wèi)生規(guī)范，盡可能節(jié)約用地，不占或少占農(nóng)田，少勞動強度，節(jié)約建筑材料 [3]。 廠區(qū)占地面積包括廠區(qū)建筑物，露天原料，產(chǎn)品堆場，道路管廊，綠化用地等。 畢業(yè)設計（論文） 4 第三章 工藝流程設計 工藝方案的確定 傳統(tǒng)乳液聚合方法得到的苯丙乳液。最低成膜溫度 (MFT)比較高，常溫下不能成膜 ,大大限制了它的應用范圍?？總鹘y(tǒng)的聚合方法是不能解決這一 問題的。核殼乳液聚合生成具有異相結構的膠粒，能很好地解決這一問題。制備核殼乳液最常用的方法就是種子聚合。 乳液聚合是制造合成聚合物的主要實施方法之一。目前在世界范圍內的乳液聚合法用來大量的制備各種類型乳液聚合物和聚合物乳液，其產(chǎn)品已廣泛的應用于各個技術領域中，成為不可缺少的材料或工作物質。 由于乳液聚合體系粘度低，反應中心乳膠粒直徑小，故容易散熱；乳液聚合反應即可具有高的聚合反應速率，又可獲得高分子量的聚合物，再者進行乳液聚合所用設備簡單，工藝流程較短，不要求高溫高壓的反應條件，操作方便，技術容易掌握，生產(chǎn) 靈活性大。同時聚合物乳液以水為介質，便宜，易得，不污染環(huán)境，不會對從事聚合物乳液生產(chǎn)和應用的操作人員造成人體傷害，且聚合物乳液可以直接用作涂料、粘合劑等性能優(yōu)良的材料或工作物質，所以，許多年來乳液聚合科學與技術一直保持長盛不衰，乳液聚合理論、聚合物乳液和乳液聚合物的工業(yè)化生產(chǎn)和應用技術都得到了快速的發(fā)展。 本實驗采用種子 乳液聚合法 。 反應時間的選擇 [25] 固定乳化劑質量分數(shù)為 3%，引發(fā)劑用量質量分數(shù) %，反應溫度 80℃時，溫度對黏度的影響，由圖 31 可知，選擇反應時間為 3 小時比較合適。 產(chǎn)品主要技術性能指標 外觀：帶有藍色熒光的白色乳液 固含量： (40177。 2)% pH 值： 7～ 8 粘度： 80～ 1500 mPas 最低成膜溫度： 15℃ 畢業(yè)設計（論文） 5 圖 31 乳化劑質量分數(shù)對粘度影響 工藝原理 乳液聚合是以水為連續(xù)相（分散劑），在表面活性劑（乳化劑）存在下，使聚合反應發(fā)生在由乳化劑形成的乳膠粒內部（即表面活性劑形成的膠 束作為微反應器），制備高分子材料的一種方法。 乳液聚合技術較本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合相比較，有許多重要特點、優(yōu)點，既可制備高分子量的聚合物，又有高的聚合反應速率。反應體系易散熱，有利于聚合反應的控制。生產(chǎn)設備和工藝簡單，操作方便，靈活性大，代表了環(huán)境保護技術的發(fā)展方向，很多場合下，聚合物乳液可直接利用。因此，近年來乳液聚合技術發(fā)展很快，特別是在聚合技術上派生、發(fā)展了多種新技術、新方法。 乳液聚合體系主要有四大組分：單體、分散介層（水）、乳化劑、引發(fā)劑，其次還有用了 pH 調節(jié)并改善乳液流動性的電解層， pH 調節(jié)用的中和劑等。依據(jù)反應單體與反應性質，來選用不同的乳化劑。乳化劑是決定乳液穩(wěn)定性的最主要因素，對反應速率、乳液粘度、膠粒尺寸等也有很主要的作用。乳化劑的選擇除單體要求的種類外，一般以體系要求的 HLB 值決定其配比和用量，而且多以非離子型與離子型乳化劑復配，常用的乳化劑如下： 用于乳液聚合的引發(fā)劑主要是以過氧化氫為母體的衍生物，如過硫酸銨（ NH4）2S2O過硫酸鉀 K2S2O有機過氧化氫，對某些體系，還可采用其他熱分解引發(fā)畢業(yè)設計（論文） 6 劑如芳基偶氮氨基化合物等。 經(jīng)典的乳液聚合物工藝的定性理論（用以描述乳液聚合體系 中各種物料所處的狀態(tài)及它們之間的相互影響、相互作用和相互轉化規(guī)律）將乳液聚合過程分為四個階段： 分散階段：乳化劑在分散相（水）中形成膠束：加入部分單體后，在攪拌作用下，部分形成單體珠滴、部分增溶在乳化劑形成的膠束中或溶解在水相中。乳化劑、單體化水相、單體珠滴和膠束之間建立動態(tài)平衡。 階段Ⅰ（成核階段）：水溶性引發(fā)劑加入到體系中后，在反應溫度下引發(fā)劑在水相中開始分解出初始自由基，或擴散到膠束中或在水相引發(fā)聚合，或擴散到單體珠滴中。無論那種情況都可引發(fā)單體聚合形成乳膠粒。 階段Ⅱ（乳膠粒長大階段）： 聚合反應 發(fā)生在乳膠粒中，逐漸加入的單體形成單體珠滴，單體由單體珠滴通過水相擴散到乳膠粒中，在其中進行聚合反應，使乳膠粒長大，此時，乳化劑和導體在乳膠粒、水相和單體珠滴間建立動態(tài)平衡。單體珠滴消失。標志階段Ⅱ結束。 階段Ⅲ（聚合反應完成階段）：在該階段，膠束和單體珠滴都不見了。絕大多數(shù)未反應的單體集中在乳膠粒內部，只有極少數(shù)的單體溶解在水相中，單體和乳化劑在水相和乳膠粒之間建立動態(tài)平衡。水相中的引發(fā)劑分解出自由基，擴散到乳膠粒中，在乳膠粒中引發(fā)聚合，使乳膠粒中的單體逐漸降低。使單體轉化率達到最大至反應結束。 設計原則，依據(jù)和指導思想 設計原則 （ 1）本設計每一環(huán)節(jié)都遵循國家政策、法律、法令及行業(yè)規(guī)范； （ 2）在結合國情的前提下，采用世界先進生產(chǎn)工藝，合理的控制生產(chǎn)開銷、堅決保證生產(chǎn)的安全以及對三廢的嚴格處理。 （ 3）采用國內現(xiàn)有生產(chǎn)的成套設備； （ 4）成品標準按國家標準、行業(yè)標準執(zhí)行 。 設計依據(jù) （ 1）依據(jù)學校下達的畢業(yè)設計任務書； 畢業(yè)設計（論文） 7 （ 2）依據(jù)實習公司的有關資料； （ 3）依據(jù)圖書館及網(wǎng)上查詢的有關資料。 指導思想 (1)為了保證產(chǎn)品的 高質量和生產(chǎn)過程的安全，采用懸浮聚合工藝； (2)生產(chǎn)過程采用自動化控制，機械化操作； (3)對于可能出現(xiàn)的危險，安裝報警消防設施； (4)為達到環(huán)保要求采用技術成熟的溶液聚合方法，并對生產(chǎn)過程中排放出來的廢物進行處理； (5)為保證生產(chǎn)正常的進展和操作便利以及工作人員的安全，廠房、車間、設備的布局一定要嚴格執(zhí)行土建標準。 第四章 原料，配方設計及選型依據(jù) 原料的用量 單體用量 [23] 不同的單體具有不同的性能，一種單體均聚物一般不具備全面的性能 (表 41)，需選用多種單體進行共聚 合成。丙烯酸丁酯玻璃化溫度較低，是一種軟單體。如其含量較高，則產(chǎn)品強度低，但成膜性好。苯乙烯玻璃化溫度較高，是一種硬單體，如其含量較高，則產(chǎn)品強度高，但成膜性差。故二者共用，通過調整比例，可使乳液性能較為理想。 表 41 不同單體的性能 性能 成膜性 硬度 拉伸強度 附著力 耐濕性 耐熱性 耐紫外線 丙烯酸丁酯 有 很軟 很低 良好 一般 良好 良好 苯乙烯 無 硬 高 良好 優(yōu) 優(yōu) 一般 畢業(yè)設計（論文） 8