实验=苯乙烯、丙烯酸正丁酯复合乳液聚合

实验苯乙烯、丙烯酸丁酯复合乳液聚合一、实验目的1、通过苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(n-BA)复合乳液聚合，了解复合乳液聚合的特点，比较一般乳液聚合、种子乳液聚合和复合乳液聚合的优缺点。2、掌握制备核/壳结构复合聚合物乳液的方法和对聚合物进行改性的方法和途径。二、实验原理合成复合聚合物乳液的方法实际上是种子乳液聚合(或称多阶段乳液聚合)，即首先通过一般乳液聚合制备第一单体的聚合物乳液做为种子乳液(核聚合)，然后在种子乳液存在下，加入第二单体(或几种单体的混合物)继续聚合(壳聚合)，这样就形成了以第一单体的聚合物为核，第二单体的聚合物为壳的核/壳结构的崐复合聚合物乳液——乳胶型互为贯穿聚合物网络，复合乳液聚合与种子乳液聚合的差别在于前者是采用不同种单体，而后者采用同种单体。如果以苯乙烯(St)为主单体，同时加入少量的丙烯酸(AA)单体进行核聚合，而以丙烯酸正丁酯(n-BA)为单体，同时加入少量的丙烯酸(AA)单体进行壳聚合，即得到以聚苯乙烯(PS)为核、聚丙烯酸正丁酯(Pn-BA)为壳的核/壳结构的复合聚合物乳液。在第一阶段聚合中合成的聚苯乙烯(PS)乳胶粒作为种子，再加入第二单体丙烯酸正丁酯(n-BA)、引发剂过硫酸钾(KPS)和少量乳化剂进行第二阶段乳液聚合时，此时的聚合机理按接枝涂层理论机理进行。即单体n-BA富集在种子乳胶粒PS的周围，PS乳胶粒成为n-BA单体聚合的主要场所，所生成的聚合物Pn-BA富集在PS的周围而形成以PS为核，Pn-BA为壳的核/壳结构聚合物，且核壳之间存在着PS-Pn-BA接枝共聚物，理想情况下不生成新的乳胶粒。由于在聚合过程中形成了少量的PS-Pn-BA接枝共聚物使得核/壳结构的复合聚合物的性能优于任何一种均聚物PS或Pn-BA和PS-Pn-BA无规共聚物的性能。如耐水性能、耐溶剂性能、软化点、弹性和机械强度等均有大幅度提高。特别是用于外墙涂料的基料，其最低成膜温度(FMT)、玻璃化温度(Tg)低、附着力好、耐水性能好、光泽度高、大大改善了夏季回粘性，从而提高了涂料的性能并延长了施工期。由此可见，制备复合聚合物是对聚合物改性的一种方法。三、实验药品及仪器药品：苯乙烯、碳酸氢钠、丙烯酸正丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、丙烯酸、壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10)、过硫酸钾、十二烷基硫酸钠(SDS)仪器：三口瓶、回流冷凝管、滴液漏斗、温度计、电动搅拌器、移液管、恒温水浴锅、量筒、烧杯实验装置如下图：四、实验步骤及现象步骤现象分析1、单体预乳化在装有搅拌器、回流冷凝管和温度计的250mL三口磨口烧瓶中加入去离子水45mL，乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)0.2g、壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10)1.0g。水浴加热至50-60℃，搅拌，当乳化剂完全溶解后加入核单体(20mL苯乙烯和0.8mL丙烯酸)，使单体乳化30-40min。倾倒出已预乳化的核单体备用。在上述装置中加入去离子水15mL，乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)0.06g、壬基酚聚氧乙烯基醚(OP-10)0.2g。水浴加热至50-60℃，搅拌，当乳化剂完全溶解后加入壳单体(6.5mL丙烯酸正丁酯和0.3mL丙烯酸)，使单体乳化30-40min。倾倒出已预乳化的壳单体备用。2、种子乳液聚合(核聚合)在上述装置中加入引发剂溶液8mL(称取0.4g过硫酸钾溶于20mL去离子水中，配制成2.0%的引发剂溶液，供两组使用)，将已乳化的核单体倒入滴液漏斗中。将体系加热至80℃，并保持此温度，在搅拌下以半连续状态滴加已乳化的核单体。当体系中出现兰色荧光时开始计时，1h后即可停止反应，此时得到的白色乳状液即种子乳液。3.复合乳液聚合(壳聚合)在上述种子乳液中补加引发剂溶液2mL，将已预乳化的壳单体倒入滴液漏斗中。以半连续状态滴加已乳化的壳单体，并控制反应温度80℃，当壳单体滴加完后升温至90℃，保温，再反应1h聚合完毕。加入10%的碳酸氢钠溶液，调节体系的pH值为7-8，再加入2mL增塑剂邻苯二甲酸二丁酯，再搅拌15min，降温至40℃以下出料，即得以PS为核Pn-BA为壳的核/壳结构复合乳液。五、注意事项1、滴加单体前，乳化剂必须完全溶解；2、在种子聚合和复合聚合时，要先加引发剂，后加核单体或壳单体；3、在种子聚合和复合聚合时，滴加核单体或壳单体时必须采用半连续形态滴加。六、实验结果实验结果：反应结束后得到乳白色液体（底部无沉淀物）七、思考题1、何谓种子乳液聚合?何谓复合乳液聚合?2、写出以过硫酸钾为引发剂，苯乙烯为核单体、丙烯酸正丁酯为壳单体进行复合乳液聚合可能发生的有关聚合反应方程式?3、复合乳液聚合得到的复合聚合物在性能上有什么特点?为什么?4、复合乳液用于外墙涂料的基料有些什么优点?