聚合反應(yīng)工程(華東理工大學(xué))312自由基乳液聚合生產(chǎn)工藝(已修改)
2025-10-26 09:00 本頁面
【正文】 自由基乳液聚合 生產(chǎn)工藝及設(shè)備 1 乳液聚合生產(chǎn)工藝的特點(diǎn) 乳液聚合的定義： 乳液聚合是單體和水在乳化劑的作用下配制成的乳狀液中進(jìn)行的聚合，體系主要由單體、水、乳化劑及水溶性引發(fā)劑四種成分組成 。 1 乳液聚合生產(chǎn)工藝的特點(diǎn) 乳液聚合的應(yīng)用： ? 合成橡膠：丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠等 ? 粘結(jié)劑、涂料：白膠、乳膠漆等 ? 合成樹脂：聚氯乙烯及其共聚物、聚醋酸乙烯及其共聚物、聚丙烯酸酯類共聚物等 ? 各種助劑（紡織、造紙、建筑）等 1 乳液聚合生產(chǎn)工藝的特點(diǎn) 乳液聚合生產(chǎn)的主要特點(diǎn)是： （ 1） 聚合速度快，分子量高； （ 2） 以水為介質(zhì)，成本低。反應(yīng)體系粘度小，穩(wěn)定性優(yōu)良，反應(yīng)熱易導(dǎo)出?？蛇B續(xù)操作； （ 3） 乳液制品可以直接作為涂料和粘合劑。粉料顆粒小，適合于某些特殊使用場合； （ 4） 由于使用乳化劑，聚合物不純。后處理復(fù)雜，成本高。 2 乳液聚合的基本原理 乳化現(xiàn)象及乳化液的穩(wěn)定性 ? 如果在水相中加入超過一定數(shù)量（臨界膠束濃度）的乳化劑，經(jīng)攪拌后形成乳化液體，停止攪拌后不在分層，此種現(xiàn)象稱為乳化現(xiàn)象，此種穩(wěn)定的非均相液體即是乳狀液。 2 乳液聚合的基本原理 乳狀液穩(wěn)定的條件 （ 1）乳化劑使分散相和分散介質(zhì)的表面張力降低 ?以表面活性劑作為乳化劑時 ， 乳化劑使分散相和分散介質(zhì)的界面張力降低 , 使液滴和乳膠粒的自然聚集的能力大大降低 ,因而使體系穩(wěn)定性提高 。 但這樣僅使液滴和乳膠粒有自聚集傾向 ， 而不能徹底防治液滴之間的聚集 。 例如將魚肝油分散在濃度為 2％的肥皂水中，其界面自由能比純水降低了 90％以上 .。 2 乳液聚合的基本原理 （ 2） 離子型乳化劑的雙電層靜電排斥作用 ?雙電層是建立了靜電力和擴(kuò)散力之間的平衡。由于乳膠粒表面帶有電荷，故彼此之間存在靜電排斥力。而且距離越近排斥力越大，使乳膠粒難以接近而不發(fā)生聚集，從而使乳狀液具有穩(wěn)定性。 帶負(fù)電的乳膠粒雙電層示意圖 + + + + + + + _ + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 乳膠粒 固定層 吸附層 2 乳液聚合的基本原理 （ 3） 空間位阻的保護(hù)作用 ?乳化劑使液滴或乳膠粒周圍形成有一定厚度和強(qiáng)度的水合層，起 空間位阻的保護(hù)作用 。 這種空間位阻的保護(hù)作用阻礙了液滴或乳膠粒之間的聚集而使乳狀液穩(wěn)定 具有空間位阻作用的水合層示意圖 乳膠粒 2 乳液聚合的基本原理 影響乳狀液穩(wěn)定的因素 ?當(dāng)乳狀液中加入一定量的電解質(zhì)后，液相中離子濃度增加，在吸附層中異性離子增多，電中和的結(jié)果是使動電位下降，雙電層被壓縮。當(dāng)電解質(zhì)濃度達(dá)到足夠濃度時，乳膠粒的動電位降至臨界點(diǎn)以下，乳膠粒之間的吸引力由于排斥力的消失而體現(xiàn)出來，使體系出現(xiàn)破乳和凝聚現(xiàn)象。 離子型乳化劑形成的乳狀液其電解質(zhì)穩(wěn)定性差。 （ 1）電解質(zhì)的加入 2 乳液聚合的基本原理 （ 2） 機(jī)械作用 （ 3） 冰凍 （ 4）長期存放 ?當(dāng)機(jī)械作用能量超過聚集活化能時，乳膠粒就彼此產(chǎn)生凝聚。 非離子型乳化劑形成的乳狀液其機(jī)械穩(wěn)定性差； ?由于冰晶的繼續(xù)增長而被覆蓋在下面的乳狀液一方面受到機(jī)械壓力，一方面水的析出時乳狀液體系內(nèi)電解質(zhì)濃度升高，直至最后造成破乳。 2 乳液聚合的基本原理 ?乳液聚合機(jī)理及動力學(xué) 乳液聚過程合體系的相轉(zhuǎn)變： 液－液體系 → 液－固體系 根據(jù)間隙乳液聚合的動力學(xué)特征，可以把整個乳液聚合過程分為四個階段： ? 乳膠粒生成階段（聚合 I段） ? 分散階段（聚合前段） ? 乳膠粒長大階段（聚合 II段） ? 聚合完成階段（聚合 III段） 乳液聚合機(jī)理 乳液聚合機(jī)理 ? 分散階段（聚合前段） 分散階段乳液狀態(tài)示意圖 M M M M M M M ~1μm 增容膠束 膠束 單體液滴 乳液聚合機(jī)理 ? 乳膠粒生成階段（聚合 Ⅰ 段）（單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到 10～ 20%） 乳膠粒生成階段乳液狀態(tài)示意圖 M M R* M/P M M ~1μm 乳膠粒 乳液聚合機(jī)理 ? 乳膠粒長大階段（聚合 Ⅱ 段）（單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到 20～ 60％） 乳膠粒長大階段乳液狀態(tài)示意圖 M R* M/P M M 1μm 乳液聚合機(jī)理 ? 聚合完成階段（聚合 Ⅲ 段） （單體轉(zhuǎn)化率達(dá)到 60～ 70％） 聚合完成階段 乳液狀態(tài)示意圖 M/P ↓ P 乳液聚合機(jī)理 ?乳液聚合各個階段轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)速度和表面張力的關(guān)系 表面張力及聚合速度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 圖 乳液聚合的基本原理 乳液聚合反應(yīng)動力學(xué) 一般乳膠粒的顆粒數(shù)為 1014個 /ml左右；
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1