丙烯酰胺改性苯丙乳液的研究

第9卷第2期广州大学学报(自然科学版)Vol 9 No. 22010年4月Joumal of Guangzhou University Natural Science Edition)Apr.2010文章编号:1671-4229(2010)020041404丙烯酰胺改性苯丙乳液的研究王东耀,黄小燕,宋建华(广州大学化学化工学院,广东广州51000摘要:采用分步引发的自由基聚合法制备了笨乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸(S- BA-MAA/ SDS-DNS86H2O)纯菶丙乳液及用丙烯酰胺改性的笨丙乳液,研究了丙烯酰胺用量对乳液性能的影响,以及乳液威膜后的性能,实验表明,改性的苯丙乳液比纯苯丙乳液的黏度和耐有机溶剂性有所提高,并降低了涂膜的吸水率关键词:笨丙乳液;丙烯酰胺;改性中图分类号:0632.13文献标志码:A自发表第一篇乳液聚合论文以来,乳本文在前期工作中用四配位硅单体改性苯丙液聚合的历史至今已有80余年,目前除了常规乳乳液,在提高乳液成膜后的耐水性、耐有机溶剂性液聚合外,还有种子乳液聚合、超微乳液聚合、反和热稳定性方面取得了一点进展-明.在苯丙乳相微乳液聚合、超浓乳液聚合散聚合等多种技液中引入功能单体丙烯酸、丙烯酰胺、N甲基丙烯术.其中丙烯酸酯类聚合物以其优越的成膜酰胺、环氧树脂及其他含氮单体对苯丙乳液进行性、良好的耐油性和耐候性、优良的粘接性,在众改性,不仅能提高聚合物的化学抗性,增加其对金多聚合物乳液产品中成为了佼佼者.引入硬单体属的附着力和对颜料的润湿性能,而且还能赋予苯乙烯的丙烯酸酯类乳液体系,简称为苯丙乳聚合物防锈性能,并提高乳液的稳定性,引人丙烯液2,通常为乳白色带蓝光的黏稠液体在黑色的酰胺作为改性单体使共聚物的水溶性增加,并且底板上涂抹乳液,其蓝光较明显.蓝光较好的乳可使聚合物交联固化,提高成膜强度,得到高性能液,说明聚合时粒径较小,质量好.质量差的乳液,的共聚乳液往往呈乳白色无蓝光或者呈绿光.除具有丙烯酸酯类乳液的特点外,还同时兼有保色性抗污性、1实验部分成本较纯丙乳液低等优点,故而成为最通用、最常见的乳液品种,它广泛应用于建筑涂料、金属表面1.1实验药品乳胶涂料地面涂料、纸张黏合剂胶黏剂、皮革涂实验采用药品如下:苯乙烯(S),分析纯,天津饰及油墨等方面,其用量与日俱增.但在耐水性、市永大化学试剂开发中心;丙烯酸丁酯(BA),分析耐磨性、抗老化性、耐候性等方面,由于其自身化纯天津市化学试剂研究所;a-甲基丙烯酸(MAA)学性质所致限制了其应用.近年来随着聚合理论分析纯,天津市化学试剂研究所;十二烷基硫酸钠和技术的不断完善和发展,苯丙乳液的改性受到(SDs),化学纯广东汕头新宁化工厂;烷基乙烯基了广泛的重视3-.苯丙乳液的改性主要从以下磺酸钠(DNS86),工业品,广州双键贸易有限公司;两个方面进行:一是引人一些功能型的单体对苯过硫酸钾(KPS),分析纯,温州市东升化工试剂丙乳液进行改性得到高性能的共聚乳液;二是采厂;丙烯酰胺,分析纯,广州化学试剂厂用新的乳液聚合方法来改善苯丙乳液的性能.在1.2纯苯丙乳液的制备研究过程中,通常是两个方面的相互结合,共同提制备过程如下高苯丙乳液的性能中国煤化工D,sDs,水收稿日期:2009-11-07;修回日期:2009-12-08CNMHG作者简介:王东耀(1966-),男实验师.E-mail:wd01061@26.com牵通讯作者.Em广州大学学报(自然科学版)第9卷的混合物),待其完全溶解呈单相无色透明液体1.4.6乳液冻融稳定性在玻璃试管中移入10后把单体(苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸)加mL乳液,放入-10℃冰箱中冷冻,然后在室温下入乳化剂常温磁力搅拌乳化10min,得乳白色稳解冻连续数次,观察其稳定性定乳液,把乳液移入滴液漏斗以备滴加;1.4.7玻璃成膜实验①将一干净的玻璃片首(2)称量KPS并用蒸馏水溶解作为引发剂先用质量比1:1的硫酸溶液浸泡5min,然后取待用;出用蒸馏水洗涤干净并晾千,最后用丙酮处理得(3)往三口烧瓶中加入一定量的水,升温至预处理玻片;②用滴管吸少量苯丙乳液放进预处76℃时开始滴加乳液,平均5-8D·S¨·滴加少理玻片中并用玻璃棒使乳液均匀铺展开,让其在量乳液时添加引发剂(分步引发第一次约滴全部室温下晾干随后把玻璃片放进80℃的烘箱烘干引发剂的1/4-1/3,之后每次滴加量约为第一次(约10h);③玻璃片用小刀刮下成膜得透明薄膜的1/4,当单体全部滴完后把剩余的引发剂一次性1,4.8成膜吸水率取1.4.7所得薄膜一小部加入烧瓶),保持80℃反应;分并称其质量W,称量后把薄膜放进一小烧杯(4)单体全部滴加完毕保持反应条件不变熟中,加入蒸馏水浸泡薄膜24h,之后将薄膜取出化1h;用滤纸吸干并称其质量W2,吸水率可按如下公式(5)撤去电炉,其它条件不变,冷却到室温,调计算:节pH值为8~9(如有凝胶可过滤),密封保存成膜吸水率=[(W2-W1)/W]×100%1.3丙烯酰胺改性苯丙乳液的制备1.4.9涂膜附着力的测定使用天津材料试验首先用烧杯按配方称取乳化剂DNs86、SDs机厂QFL-Ⅱ型漆膜附着力试验仪,按GB928688加蒸馏水并用磁力搅拌15min,呈单相无色透明测定涂膜附着力液体;按比例称量苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丙烯酰胺与乳化剂一起常温下磁力搅拌乳化1410涂膜硬度测定采用铅笔硬度测试法,约30min;其余步骤同纯苯丙乳液的制备具体方法为:用铅笔刀将铅笔削到露出柱形笔芯1.4苯丙乳液的性能测试5mm(切不可松动或削伤笔芯),握住铅笔使其与1.4.1凝胶率的测定把刚反应完的苯丙乳液细砂纸面成90°,在砂纸上不停划圈,以摩擦笔芯从100目的纱布中过滤得乳白色凝胶和乳白色溶端面直至获得端面平整边缘锐利的笔端为止(边液;将凝胶刮下,放进一已称重的表面皿中称量不得有破碎或缺口).把涂膜试样固定在水平面的质量记为W,然后放进100℃的烘箱中烘干并上,使铅笔与涂膜成45°角用力以每秒1mm的速称其质量记为W2,按照如下公式计算:度向前推进,从最硬的铅笔开始每级铅笔划5道凝胶率=[(W1-W2)/单体总质量]×100%3mm的痕迹,直到找出5道都不划伤涂膜的铅笔142粘度的测定用N7型旋转式粘度计为止,此铅笔的硬度即代表所测涂膜的铅笔硬度1.43合量测定取一干净小烧杯并称其质2结果分析和讨论量,记为W;加入少量苯丙乳液并称其质量,记为W2然后将装有乳液的烧杯放进80℃的烘箱烘干2.1单体配比对乳液性能的影响(约24h).烘干后称其质量,记为W3固含量可丙烯酸丁酯玻璃化温度较低,是一种软单体按如下公式计算:如其含量较高则产品强度低,但成膜性好赋予涂固含量=[(W-1)(啊2-W,)]×10%层一定的柔韧性苯乙烯玻璃化温度较高,是一种1.4.4稀释稳定性测试取1mL乳液加入到10硬单体如其含量较高则产品强度高但成膜性差m蒸馏水中振荡均匀,密封静置观察是否有絮者#用调感P可徳驯液性能较为理想凝物出现本实中国煤化工上):m(BA)=1:11.4.5钙离子稳定性测试将10mL质量分数和2CNMHGm(St):m(BA为5%的CaCl2溶液加入到2mL乳液中,振荡均=2:3时,无论在乳液外观或者成膜情况上都比匀,密封静置,观察是否有絮凝物出现m(St):m(BA)=1:1的效果好第2期王东耀等:丙烯酰胺改性苯丙乳液的研究2.2丙烯酰胺对苯丙乳液及其成膜性能的影响能的影响,改变其添加量,研究了体系黏度、凝聚在本试验中,为考察使用内烯酰胺对乳液性率涂膜吸水率等的变化结果见表1.表1丙烯酰胺对乳液性能的影响Table 1 The effect of acrylamide content on the emulsion properties样品乳液乳液稳乳液的耐稀释稳乳液冻融乳液粘度/粒径/凝胶率外观定性定性和耐钙性稳定性(MPa·s)纯苯丙乳液蓝光乳白色合格通过过0.600.5%丙烯酰胺蓝光乳白色合格通过通过1%丙烯酰胺蓝光乳白色合格通过通过2%丙烯酰胺色不透明有较多颗粒分层较严重失从表1可见,利用丙烯酰胺单体对乳液改性,乳液稳定性、乳液的耐稀释稳定性和耐钙性、乳液冻融稳定性都通过乳液的黏度有所提高,凝胶率有所提高,而对粒径的影响不大.但当内烯酰胺的质量增加到2%时就出现不同程度的凝聚、分层现象从表2成膜性能来看,随着丙烯酰胺质量的增加,吸水率明显降低,耐机溶剂性的能力大大提高了,这是因为丙烯酰胺的加入,膜的结构从线性0100200300400500600700800变为部分交联结构.膜的附着力和硬度没变,可以看出1%丙烯酰胺改性的苯丙乳液无论是外观或图1苯丙乳液成膜热重图Fig 1 TG analysis of styrene-acrylic emulsion者成膜性都是最好的表2丙烯酰胺对乳液成膜性能的影响Table 2 The effect of acrylamide content on the emulsion film样品膜的膜的膜吸水膜在乙酸乙酯硬度附着力率%中的溶解性纯苯丙乳液HB级242h溶解05%丙烯酰胺HB级12部分溶解1%丙烯酰胺HB级8>12h不溶解2.3热重分析图21%丙烯酰胺改性苯丙乳液成膜热重图由图1可知纯苯丙乳液膜从345.02℃开始失2 TG analysis of styrene-acrylic emulsion modified by重,在368.24℃时失重最严重,428.59℃时失重基本完毕,实际残留量为2.45%,质量损失为9755%由图2可见改性苯丙乳液膜从35586℃开始3结论失重在378.37℃时失重最严重,43576℃时失重基本完毕,实际残留量为1.21%质量损失为879%.t实验可知加入1%的丙烯酰胺乳从上述膜的热重分析可知,丙烯酰胺改性苯液稳中国煤化工:冻融稳定性都丙乳液膜的热性能(耐热性)比纯苯丙乳液分别提通过CNMHG高了10℃.说明改性后的苯丙乳液膜的热性能有(2)从成膜性能来看随着丙烯酰胺质量的增所提高加,吸水率明显降低,耐机溶剂性的能力大大提高广州大学学报(自然科学版)第9卷了,这是因为丙烯酰胺的加入,膜的结构从线性变(3)从膜的热重分析可知丙烯酰胺改性苯丙为部分交联结构.膜的附着力和硬度没变可以看乳液膜的热性能(耐热性)比纯苯丙乳液分别提高出1%丙烯酰胺改性的苯内乳液无论是外观或者了10℃,说明改性后的苯丙乳液膜的热性能有所成膜性都是最好的提高References[1] MA Xiang-mei, WANG Bin, WANG Wu-sheng. 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Meanwhile, the influences of the choice of acrylamide on the styrene-acrylic emulsion were discussed, and the coating films and per-formances of all the styrene-acrylic emulsions were discussednclusions indicated that viscosity of the e-mulsion and organic solvent resistance increased, and the wate中国煤化工 d membranes wCNMHGKey words: styrene-acrylic emulsion; acrylamide; modified【赉任编辑:方碧真】