2.2　实验部分

实验1　聚乙酸乙烯酯乳液的制备

聚乙酸乙烯酯乳液俗称白乳胶，因其能用多种添加剂直接改性、机械强度好、无缺胶现象，特别是它为水基胶黏剂、对环境无污染等优点，使其成为聚合胶黏剂中广泛使用的重要产品。同时，将聚乙酸乙烯酯乳液加入钛白粉、滑石粉及其他助剂，也可制备水溶液涂料——聚乙酸乙烯乳胶漆。

本实验采用乳液聚合法制备聚乙酸乙烯酯乳液，属于设计性实验，计划8学时完成。

实验目的

① 熟悉乳液聚合原理及特点。

② 掌握乙酸乙烯酯乳液制备的方法。

实验原理

以合成树脂代替油脂、以水代替有机溶剂是涂料工业发展的主要方向。水性漆包括水溶性漆和水乳胶漆两种。前者的树脂溶解于水成为均一的胶体溶液，后者的树脂以微细的粒子（粒径为0.1～10μm）分散在水中。根据制备方法的不同，乳胶液又可分为分散乳胶和聚合乳胶两种。合成乳胶中最主要的是聚乙酸乙烯酯乳液、丙烯酸酯乳液、丁苯乳液以及乙酸乙烯酯和丙烯酸酯、乙烯等其他不饱和单体共聚的乳液。

聚乙酸乙烯酯是无臭、无味、无毒的热塑性聚合物，基本上是无色透明的。乙酸乙烯酯聚合是自由基反应机理，自由基通常由有机过氧化物分解而产生，如过氧化苯甲酰或过氧化氢；或者无机过酸盐，如过硫酸钾、过硫酸铵都常作聚合反应的引发剂。反应一般需要在室温以上。聚合方法有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合，目前生产量最大的是乳液聚合。

乳液聚合是由单体和水在乳化剂作用下配制成的乳状液中进行的聚合，体系主要由单体、水、乳化剂及溶于水的引发剂组成。乳液聚合主要按胶束机理进行，即引发剂在水相中分解出自由基，自由基通过扩散进入胶束引发单体间聚合，形成乳胶粒，并继续聚合直至有新的自由基进入。单体源源不断地由单体珠滴通过水相扩散到乳胶粒中以补充因聚合损耗的单体，使乳胶粒不断长大。乳液聚合原理如图2-1所示。

图2-1　乳液聚合原理示意图

具体合成方法为在保护胶体PVA（聚乙烯醇）、乳化剂OP-10（辛基酚聚氧乙烯醚）存在下，使乙酸乙烯酯在水中在过硫酸钾的引发下进行乳液聚合得到聚乙酸乙烯酯乳液。化学反应方程式如下：

　　 （2-1）

仪器和药品

仪器：真空干燥箱、激光粒度仪、电动搅拌器、恒温水浴锅、电子天平。

药品：聚乙烯醇、OP-10、乙酸乙烯酯、2%的过硫酸钾水溶液、10%的碳酸氢钠水溶液、邻苯二甲酸二丁酯。

实验步骤

在250mL四口烧瓶中先后加入电子天平准确称取的2.5g聚乙烯醇和100mL蒸馏水，电动搅拌器搅拌，恒温水浴锅加热至80℃，使聚乙烯醇溶解。加入0.5g表面活性剂OP-10和6.9g乙酸乙烯酯，在80℃下搅拌0.5h进行预乳化。加入2mL质量分数为2%的过硫酸钾水溶液，然后以一定的速度在2h内连续加入39.1g乙酸乙烯酯单体，反应温度78～82℃。加入单体的同时，定期地加入质量分数为2%的过硫酸钾水溶液共约18mL。加完单体后，再补加质量分数为2%的过硫酸钾水溶液3mL，温度升为90～95℃，保温30min。冷却至50℃，先加入质量分数为10%的碳酸氢钠水溶液1.5mL，搅拌30min；再加入5g邻苯二甲酸二丁酯，搅拌30min。冷却过滤后即得聚乙酸乙烯酯乳液，用激光粒度仪测定其粒径，用真空干燥箱和电子天平测定其固含量。

设计要求

① 从反应原理上讨论设计实验装置；

② 通过查阅资料和反应原理设计聚合反应的主要影响因素和变化范围；

③ 从工艺优化的角度选择优化方法。

思考题

① 乳液形成的原理是什么？

② 乳化剂都有哪些？乳化剂的选择应遵循什么原则？

③ 聚乙烯醇、OP-10的作用是什么？

④ 为什么要加入过硫酸钾？

⑤ 空气存在时对聚合有什么不利？