种子聚合

核壳型乳液的典型制备方法

种子聚合是指在乳液聚合体系中加入一定量上次聚合所得到的乳液，为了保持胶乳的稳定性，还须另加一些乳化剂。种子聚合的目的是为了增大M/P乳胶粒子的粒径。

简介

种子乳液聚合法是核壳型乳液的典型制备方法,形成的高聚物一般是均聚物或共聚物,所以制备方法和通常的乳液聚合工艺基本相同。根据壳层单体的加入方式,可以分为间歇法、溶胀法、半连续法、连续法。间歇法是按配方一次性将种子乳液、水、引发剂、乳化剂、壳层单体加入到反应器中,升温至反应温度进行聚合。溶胀法是将壳层单体加入到种子乳液中,在一定温度下溶胀一段时间,然后再升温至反应温度后加入引发剂进行聚合。

种子乳液聚合过程中易产生新胶粒,不利于乳液的稳定及最后的性能。为了避免新胶粒的产生,可以采用如下三种方法:

1 进行胶粒增长反应实验,严格控制反应体系的加料速度,维持聚合体系的单体转化率始终处于较高水平,使聚合体系处于“饥饿”状态;

2 在合成时尽量少用乳化剂,第一步的胶粒增长反应过程中可采用无皂乳液聚合;

3 采用加入油溶性引发剂的方法予以避免。

种子聚合的特点

种子乳液聚合法因具有乳液稳定性更好、粒径分布窄、易控制等优点,在乳胶粒子设计及制备各种功能性胶乳方面具有重要作用,是制备高固含量乳液及具有核壳结构乳液的最常见最简便的方法。与当代的聚合工艺相比 , 外加种子法生产的乳液具有以下特点。

1稳定性更好

乳液的稳定性主要取决于乳胶粒表面吸附的表面活性剂和亲水基团。由于细粒子的比表面积大 , 吸附的表面活性剂要高于大粒子 , 因此 , 如果乳液的粒径分布宽 , 当乳化剂量一定时 , 大粒径乳液往往由于吸附的表面活性剂少 , 再加上质量大 , 很容易失稳。事实上 , 在不增加乳化剂用量下 , 用种子法生产的乳液的机械稳定性和化学稳定性明显好于其他方法, 这对乳液的使用很有用。

2 粒径分布窄

乳液的粒径分布窄 , 有利于改善聚合物乳液的成膜性。乳液的成膜主要靠毛细管力 , 乳液一开始成膜就失去流动性 , 由于细乳液的毛细管力大 , 就容易成膜 , 这样粒径分布宽的乳液由于成膜时间的差异 , 造成流平性和其他性能的下降。另外 , 乳液粒径和粒径分布的变化影响乳液的黏度 , 故用种子法可以人为控制乳液的流变性。在生产乳胶漆时大量使用缔合型增稠剂, 其增稠效果与乳液的粒径和分布又有密切关系。因此 , 乳液的流变性进一步影响乳胶漆的流变性 , 表现为贮存稳定性、开罐效果、施工性能、流平性等均受影响。

3 粒径易控

乳液的粒径也是乳液的重要指标。较小的乳胶粒子 (0 .2 μ m) 在乳胶涂料中比大的粒子容易运动得多 , 而且当较小的乳胶粒子在颜料粒子之间固着时 , 粒子对粒子可靠得更紧。由于更接近于连续介质 ( 溶剂型涂料 ) , 它们相应地具有更强的能力渗透至颜料粒子的间隙 , 这样粘接力和临界颜料体积浓度 (CPVC) 均提高了。但对于建筑乳液 , 粒径在 0 .1 ～ 0.2 μ m 已算细了 , 因为乳液越细 , 所需乳化剂就多 , 配成的乳胶漆流平性差 , 施工时曳力也大; 另外 , 过细的乳液 ( < 0. 1 1 μ m) 往往有强渗透性 , 导致涂膜中的乳胶下降。强渗透性对于附着于粉化或锈蚀表面的涂料是必要的 , 但对于施工底漆或中间涂层上的有光漆或磁漆 , 若要求表现均匀一致的光泽时 , 则需要弱渗透性 ; 为了保证施工后平光漆的色泽一致性也需要良好的不渗透性。采用外加种子法 , 只要控制加入的种子量 , 就能任意调节粒径大小。

种子乳液用量通常只有乳液成品的 1% , 因此本质上对乳液膜的性能不产生影响 , 这有别于当代流行的核壳乳液聚合中核对乳液膜性能的影响。换句话说 , 外加种子法对苯丙、纯丙、硅丙、丁苯等乳液聚合均适用。

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