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選乳液一定要“看”工藝。 水性涂料的市場越來越好，對水性涂料來說，選擇乳液的性能是至關(guān)重要的，聚合工藝對乳液的性能有多大的影響呢？我以一種氟碳乳液的不同性能來看看聚合工藝的影響，有助于你選擇性能優(yōu)良的乳液。 比較一種含氟乳液的間歇工藝、半連續(xù)工藝和預(yù)乳化半連續(xù)工藝三種乳液聚合工藝，實驗結(jié)果見下表。
注：烴類乳化劑用量2.5%；含氟乳化劑用量0.3%；引發(fā)劑用量0.4%；NaHCO3濃度0.3%；單體滴加時間4h；聚合溫度55℃；攪拌強度150r/min；單體采用超聲波預(yù)乳化。 由上表可以看出，采用預(yù)乳化半連續(xù)工藝進行乳液聚合，單體的轉(zhuǎn)化率、聚合穩(wěn)定性及乳液的貯存穩(wěn)定性均優(yōu)于其他兩種聚合工藝。
這是由于在間歇聚合工藝中，聚合反應(yīng)需要經(jīng)過一定時間的誘導(dǎo)期才開始進行，而一旦開始反應(yīng)，會有大量的熱量放出，反應(yīng)會隨之逐漸加快；當短時間內(nèi)反應(yīng)熱來不及轉(zhuǎn)移時，反應(yīng)釜中的溫度會急劇升高，引起反應(yīng)進一步加速，這時體系中的乳化劑就會難以迅速吸附到乳膠粒表面，一部分乳膠粒表面沒有被乳化劑覆蓋，出現(xiàn)所謂的“禿頂”現(xiàn)象，這樣乳膠粒間的聚結(jié)作用力增大導(dǎo)致產(chǎn)生凝聚，從而使聚合反應(yīng)失穩(wěn)。另外，在間歇聚合體系中親水性單體在水相中的含量相對較高，它們在水相中發(fā)生均聚的概率增大，水相聚合形成的親水性聚合物增多，而這些均聚物具有絮凝作用，這樣乳膠粒間因絮凝而凝聚的傾向增大；由于反應(yīng)中大量的熱量不能及時轉(zhuǎn)移，致使分子運動加劇，加速了凝聚物的形成，從而導(dǎo)致聚合反應(yīng)穩(wěn)定性差。由于聚合中乳化劑一次性加入，聚合過程中不斷形成新的乳膠粒，致使粒徑分布很大。而含氟單體與其他單體的相容性較差，與其他單體聚合的概率下降，這也會影響到反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的性能。 對于半連續(xù)工藝，聚合過程中凝聚物含量減少，聚合穩(wěn)定性較好，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較高，貯存穩(wěn)定性也轉(zhuǎn)好。這是由于采用半連續(xù)工藝時，單位時間單位體積內(nèi)親水性單體的含量相對較低，滴加到反應(yīng)釜中的單體能較快地在乳膠粒中聚合，水相中游離的單體少，親水性單體在水相成核的機會就較少，所產(chǎn)生的親水性聚合物也就少，引起乳膠粒間絮凝的概率較小，因此聚合反應(yīng)的穩(wěn)定性高。從乳液外觀來看，間歇工藝和半連續(xù)工藝所得的乳液表面都漂有淺黃色的油滴，這與含氟單體的顏色一致，這可能是由于含氟單體與其他物質(zhì)的相容性差，部分含氟單體難以進入到乳膠粒中進行聚合反應(yīng)之故。 而對于預(yù)乳化半連續(xù)工藝，由于單體首先進行了預(yù)乳化處理，含氟單體與其他單體得到均勻混合，使聚合反應(yīng)得以順利實現(xiàn)；而親水性單體始終處于乳化劑的保護之下，使得它們在水相中聚合的概率減小，也就減少了凝膠現(xiàn)象的出現(xiàn)；另外，乳膠粒增大而裸露的部分表面因乳化劑的不斷補充而能得到及時的覆蓋，這有利于減少乳膠粒間的聚結(jié)，從而減少凝聚物的生成，增加乳液聚合反應(yīng)的穩(wěn)定性，乳膠粒粒徑分布較均勻。而從最終產(chǎn)品的外觀來看，聚合所得乳液沒有淺黃色油滴出現(xiàn)，表明預(yù)乳化可提高含氟單體與其他單體的相容性，有利于含氟單體的聚合。由于親水性基團分布在乳膠粒表面，乳膠粒表面的羧基鹽化后乳膠粒變小，致使乳膠粒粒徑較小。
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