3.1乳化剂的影响

    3.1.1乳化剂的选择

    乳液聚合一般采用阴、阳、非离子表面活性剂三种类型来做乳化剂,通常以非离子和阴离子混合使用来达到稳定的乳化液。非离子型乳化剂对电解质的化学稳定性好,但乳化能力弱;阴离子乳化剂虽化学稳定性不够好,但乳化能力强、机械稳定性好,聚合反应中不易产生凝胶。在实验中采用OP-10和十二烷基苯磺酸钠作为复合乳化剂,再配以失水山梨醇单油酸酯型非离子表面活性剂。

    3.1.2乳化剂对核壳结构的影响

    核/壳乳液聚合又称种子乳液聚合或分段乳液聚合。是在乳液聚合体中以基本种聚合物微粒子为种子,用另一种单体在种子上进行乳液聚合,从而得到“包芯”型的核/壳结构共聚物乳液。

    在核/壳乳液聚合中,反应能否实现、产品能否得到、乳液是否稳定、产品性能是否优良,都与乳化剂的选择和使用密切相关。

    乳化剂的用量是乳液聚合成败的关键。对于共聚反应来说,乳化剂分子数以能包住聚合物不破乳就可以了。但对于核/壳结构聚合来说,第一阶段与共聚乳液条件相同,一般不会发生破乳;在第二阶段反应中,由于种子乳液表面已有一层乳化剂,但随着第二种单体加入,应不断补充乳化剂,补充的量要适中。其用量太多时,容易产生新胶束,发生第二种单体的自聚;当用量太少时,又可能使乳胶粒裸露而发生破乳现象,因此乳化剂的量要控制适当。在合成过程中发现,当乳化剂用量过小时,还易发生凝胶及“抱轴”现象,使乳液的固含量降低,同时乳液中生成较粗的颗粒,质量不佳;当增大乳化剂用量时,这一现象可得以改善,但是涂料干后在水中浸泡易起泡,耐水性不佳。本体系中乳化剂的用量4%～5%为宜。乳化剂总用量对乳液性能的影响见表1。

表1乳化剂用量对乳液性能的影响

    随着乳化剂总用量的增加,聚合稳定性提高,粘度增大;乳化剂用量超过3%时,乳液的粘度变化不大,但是乳化剂用量增加,导致涂膜的吸水率增大,使涂膜的耐水性下降。

    3.1.3乳化剂用量对乳液稳定性的影响

    单纯用阴离子乳化剂时,用0.5%的CaCl2溶液滴定时,在CaCl2耗量不到10ml时即破乳,表明乳液的Ca2+稳定性差。这是因为阴离子乳化剂被吸附在聚合物的颗粒表面并电离,形成表面负电层,从紧密层到体系本体形成电位。当两个粒子靠近时,因电位作用产生静电斥力使之不能相碰撞,从而保持了体系的稳定。加入电解质,破坏了表面负电层,乳液稳定性大大降低而很快破乳;随着非离子乳化剂用量的增加,破乳时CaCl2消耗量增大,也就是乳液对Ca2+的稳定性大大增加。这是由于非离子乳化剂被吸附在乳胶颗粒表面而形成具有弹性的界面膜,依靠这层膜来阻止胶粒的聚沉。

    因此,将阴离子乳化剂与非离子乳化剂合并使用,可在胶粒表面同时形成两种性质完全不同的保护“屏障”,即使加入较大量的CaCl2也可以使体系保持稳定。

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