聚丙烯酸酯乳液的合成2012講

1、Preparation of Polyacrylate Latex Paint聚丙烯酸酯乳液涂料制備 環(huán) 保 型 專 業(yè) 實 驗 教 師 朱 自 強 2008 11 28Main Properties and Usage Polyacrylate latex paint is viscous liquid . Its properties such as weather ability , color-fast ability , water resistance , alkali- resistance are better than PVAC latex . It is one of ma

2、in outdoor latex paint . Owing to many advantages , the species and product of polyacrylate latex paint increase rapidly recently . 主 要 性 質(zhì) 聚丙烯酸酯乳液 ( Polyacrylate Latex ) 為乳白色液體，其質(zhì)量分數(shù)（432）% 。 此乳液以水代替有機溶劑，成本低、污染小、對人體危害小。主 要 用 途聚丙烯酸酯樹脂的主要用于 : 外墻涂料 膠粘劑 丙烯酸酯乳液特點 丙烯酸酯乳液比醋酸乙烯酯乳液有許多優(yōu)點：對顏料的粘接能力強，其耐水性、耐堿性、耐光

3、性、耐候性均比較好，施工性能優(yōu)良。實 驗 目 的 要 求 1了解常用涂料分類、特點、性質(zhì)，聚丙烯酸酯樹脂產(chǎn)品的用途及操作使用 ； 2掌握共聚反應(yīng)機理和特點，掌握聚丙烯酸酯乳液合成的原理、方法 ； 3掌握聚丙烯酸酯樹脂合成工藝流程、操作步驟及過程、工藝參數(shù)及其控制 ；實 驗 目 的 要 求 4 了解聚丙烯酸酯樹脂產(chǎn)品的國家標準、檢測項目、檢驗方法及專用設(shè)備、各項具體性能質(zhì)量指標 ； 5. 對聚丙烯酸酯乳膠漆產(chǎn)品進行質(zhì)量檢測，學會檢驗其中幾項指標，并進行粘合試 驗，產(chǎn)品涂膜符合使用要求 。 共 聚 反 應(yīng) 機 理 丙烯酸丁酯等單體乳化后，在引發(fā)劑作用下進行共聚，經(jīng)過鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止獲得一定聚

4、合度的共聚高分子化合物。反應(yīng)時間 t 長，共聚物分子量M大，其粘度也稍增大。 通過成膜光澤測定控制共聚反應(yīng)終點，從而獲得符合要求聚丙烯酸酯產(chǎn)品, 共聚反應(yīng)式如下： TheoryChain initiation ： R R 2 R R + CH2 = CH R - CH2 - CH2 | | COOC4H9 COOC4H9 TheoryChain propagation R - CH2 - CH2 + m CH3 - CH = CH | | COOC4H9 COOCH3 R- CH2 - CH -n - CH CH - m | | | COOC4H9 CH3 COOCH3TheoryThe di

5、sproportionation termination : CH2- CH + CH3 CH = CH2 | | COOC4H9 COOCH3 - CH2- CH - - CH2 - CH2 - | | | COOC4H9 CH3 COOCH3乳液成膜過程示意圖 施工后首先水分揮發(fā)，當乳膠漆微粒占膜層的74%（體積分數(shù)）時，微粒相互靠近而達到密集的充填狀態(tài)；其次，水分繼續(xù)揮發(fā)，聚合物微粒表面吸附的保護層破壞，間隙越來越小，直至形成毛細管，毛細管作用迫使微粒變形，毛細管壓力高于聚合物微粒的抗變形力，微粒之間產(chǎn)生壓力，介質(zhì)揮發(fā)越多，這個壓力越大，爾后凝集、融合形成連續(xù)的膜；最后，水分繼續(xù)蒸發(fā)，當

6、壓力達到能使每個微粒中分子鏈擴散到另一微粒分子鏈中去時，聚合物分子鏈逐級逐漸相互擴散，使膜均勻化，完成固化干燥過程。乳膠漆成膜原理設(shè)備種類規(guī)格數(shù)量電動攪拌機 JB90-D 1 恒溫干燥箱 2 0 2 -3 1電熱恒溫漕 HH-2 1 酸 度 計 PHS-25 1旋轉(zhuǎn)粘度計 NDJ-1 1 電子 天平 JA2003 1 抽氣 風機 T4 -72 1多功能砂磨、分散、攪拌機多功能砂磨、分散、攪拌機HS-400多功能砂磨、分散攪拌機 常州市先導干燥設(shè)備有限公司 電加熱攪拌設(shè)備結(jié)構(gòu)圖 外盤管式攪拌釜結(jié)構(gòu)圖 MZX自吸式攪拌機 結(jié)構(gòu)圖 攪拌傳動裝置示意圖 電動升降 式攪拌機 南通克萊爾混合設(shè)備有限公司

7、磁力反應(yīng)釜主機結(jié)構(gòu)示意圖威海鵬威精密儀器有限公司 GSHA實驗室小型反應(yīng)釜0.5L 1L 2L 3L 5L 10L 不銹鋼反應(yīng)罐不銹鋼反應(yīng)罐技術(shù)特點 反應(yīng)鍋由鍋體、鍋蓋、攪拌器、電加熱油夾管、支承及傳動裝置、軸封裝置、溢油槽等組成，并配有電加熱棒及測溫、測壓表。 由于用戶因生產(chǎn)工藝、操作條件不盡相同，攪拌形成一般有錨式、漿式、渦輪式、推進式或框式。支承座有懸掛或支承式二種。 夾套內(nèi)放置導熱油，由電熱棒加熱，夾套上開有進、排油、溢測量、放空及電熱棒、測溫等接管孔。夾套外壁焊接支座，鍋體下部開有放料。 攪拌裝置設(shè)計選型步驟 攪拌裝置的設(shè)計選型要與攪拌作業(yè)目的緊密結(jié)合。各種不同的攪拌過程需要由不同的

8、攪拌裝置運行來實現(xiàn)，在設(shè)計選型時首先要根據(jù)工藝對攪拌作業(yè)的目的和要求，確定攪拌器型式、電動機功率、攪拌速度，然后選擇減速機、機架、攪拌軸、軸封等各部件。具體步驟如下：1、 按照工藝條件、攪拌目的和要求，選擇攪拌器型式，選擇攪拌器型式時應(yīng)充分掌握攪拌器的動力特性和攪拌器在攪拌過程中所產(chǎn)生的流動狀態(tài)與各種攪拌目的的因果關(guān)系。 2、 按照所確定的攪拌器型式及攪拌器在攪拌過程中所產(chǎn)生的流動狀態(tài)，工藝對攪拌混合時間、沉降速度、分散度的控制要求，通過實驗手段或計算模擬設(shè)計，確定電動機功率、攪拌速度、攪拌器直徑。 3、 按照電動機功率、攪拌轉(zhuǎn)速及工藝條件，從減速機選型表中選擇確定減速機機型。如 果按照實際工

9、作扭矩來選擇減速機，則實際工作扭矩應(yīng)小于減速機許用扭矩。 4、 按照減速機輸出軸頭d和攪拌軸系支承方式選擇與d相同型號規(guī)格的機架、聯(lián)軸器。 5、 按照機架攪拌軸頭尺寸、安裝容納空間及工作壓力、工作溫度工藝要求選擇密封型式。 6、 按照安裝形勢和結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計選擇攪拌軸結(jié)構(gòu)型式，并校核其強度、剛度。 如按剛性軸設(shè)計，在滿足強度條件下n/nk0.7 如按柔性軸設(shè)計，在滿足強度條件下n/nk1.3 7、 按照機架的公稱尺寸DN，攪拌軸的擱軸型式選擇安裝底蓋、凸緣座、凸緣法蘭。 8、 按照支稱和抗震條件，確定是否配置輔助支承。 在以上選型過程中，攪拌裝置的組合、配置可參考 ，配置過程中各部件之間連接關(guān)

10、鍵尺寸是軸頭尺寸，軸頭尺寸一致的各部件原則上可互換、結(jié)合。 設(shè)計選擇步驟中前二步屬攪拌工藝設(shè)計范疇，后六步屬攪拌裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計范疇。建滔江蘇 50 kt/a 環(huán)氧樹脂生產(chǎn)車間 廣東涂料專用反應(yīng)釜 www.菱湖涂料.com 基料車間反應(yīng)釜www.菱湖涂料.com 山東圣光化工集團有限公司2萬噸丙烯酸乳液自動化生產(chǎn)線山西省太原市萬柏林區(qū)的軍華建材廠生產(chǎn)聚丙烯酸乳液防水材料 旋轉(zhuǎn)粘度計結(jié)構(gòu)介紹數(shù)顯旋轉(zhuǎn)粘度計數(shù)顯旋轉(zhuǎn)粘度計旋轉(zhuǎn)粘度計的轉(zhuǎn)子及配件T4 -72抽氣風機T4 -72抽氣風機三視圖實 驗 各 種 材 料PH 試紙 1 14 1 PH比色卡 1點滴板 白瓷 1 橡皮膠塞 # 0 1石棉網(wǎng) 小 1

11、鐵三腳架 中 1火 柴 盒 1 鐵架臺 中 1掛繩夾 塑料 1 塑料毛刷 小 1玻璃儀器種類規(guī)格數(shù)量三口燒瓶 250 ml 1 球形冷凝管 L300 1溫度計 0 200 1 溫度計 0 100 1滴液漏斗 60 ml 1 分液漏斗 125 ml 1燒 杯 100 ml 1 燒 杯 250 ml 1量 筒 25 ml 1 錐形燒瓶 100 ml 1 常見滴液漏斗的類型常壓蒸餾裝置 聚合反應(yīng)裝置圖聚合反應(yīng)裝置安裝順序圖示 加熱回流攪拌合成裝置加熱回流攪拌合成裝置加熱回流攪拌裝置簡圖攪 拌 合 成 裝 置 簡 圖常 用 密 封 裝 置 示 意 圖2-50L變頻恒速恒溫真空攪拌反應(yīng)裝置 Microw

12、ave Sysnthesizer 微波合成反應(yīng)裝置 藥品種類規(guī)格數(shù)量丙烯酸丁酯 c.p 99 % 17 g 甲基丙烯酸甲酯 c.p 99 % 9 g丙烯酸 c.p 99 % 1 g十二烷基硫酸鈉 c.p 99 % 0.15 g非離子活性劑OP c.p 99 % 0.6 g過硫酸鉀 c.p 99 % 0.15 g 藥品種類規(guī)格數(shù)量乙二醇 c.p 99 % 1.2 g氨 水 c.p 1 + 1 1.5 gC M C c.p 10 % 5 ml 碳酸鈣 c.p 99 % 10 g鈦白粉 工業(yè) 99 % 10 g酒 精 工業(yè) 95 % 80 mlPhysical Constants Rea- gent

13、 M b.p m.pD420 nD20 SCH2OHCH2OH 62.07 0881.4318NH3 H2O 17.03-33.3577.70.771 51.1CaCO3100.09 5002.70 2.90 難溶解TiO2 79.90 18253.84 4.26 不溶解C2H5OH 46.07 78.3-117.00.78931.3614 Rea- gent M b.p m.pD420 nD20 SCH2=CHCO2C4H9128.17145.764.60.89881.4185乙醇乙醚丙酮MMA100.12100.0101.048.00.94401.4142乙醇乙醚丙

14、酮CH2=CH-COOH72.06141.0 13.51.0501.4224水、乙醇乙醚K2 S2O8270.33分解1002.485.3OP-10646.0濁點6167HLB14.5 SDS288.38 204 2071.09溶于熱水熱醇Experimental Formula Synthesis technique formula of polyacrylate latex is as follow ( the amounts of raw materials are grams in weight ) :MMA 9 Potassium persulfate 0.15Butyl acryl

15、ate 17 Sodium dodecyl sulfate 0.15Acrylic acid 1 Non-ionic water 33 gEmulsifying agent ( OP-10 ) 0.60 g純丙乳液配方組 分用量(重量份數(shù))單 體 丙烯酸丁酯甲基丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸65332乳化劑 烷基苯聚醚磺酸鈉3引發(fā)劑過硫酸銨0.4介 質(zhì)水125水性木器清漆配方 常用的丙烯酸酯單體有：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2乙基己酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯等。 常用的共聚單體有：乙酸乙烯酯、苯乙烯、丙烯腈、順丁烯二酸二丁酯、偏二氯乙烯、氯乙烯、

16、丁二烯、乙烯等。 其他功能單體：(甲基)丙烯酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸、(甲基)丙烯酰胺、丁烯酸等以及交聯(lián)單體(甲基)丙烯酸羥乙酯、(甲基)丙烯酸羥丙酯等。不同單體賦予聚合物的主要性能單 體賦予主要性能甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈、(甲基)丙烯酸；丙烯腈、(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸；丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2乙基己酯；(甲基)丙烯酸的高級酯、苯乙烯；甲基丙烯酰胺、丙烯腈；附著力、硬度耐油性、耐溶劑性柔韌性耐水性耐磨性、抗劃傷不同單體賦予聚合物的主要性能 單 體賦予主要性能(甲基)丙烯酸酯低級丙烯酸酯、甲基丙烯酸酪、苯乙烯各種交聯(lián)單體耐候性、耐久性、透明性抗沾污性耐水性、耐磨性、硬

17、度、拉伸強度、附著強度、耐溶劑性、耐油性方 框 流 程 圖清點檢查 清洗烘干 稱杯稱OP量水加水 裝置安裝檢查調(diào)整通水攪拌 加熱溶解 單體加入 調(diào)速乳化 出料量V加引發(fā)劑安裝通水 攪拌加熱升溫引發(fā)恒溫反應(yīng)補料聚合快速升溫方 框 流 程 圖涂刷表干再刷干燥出料冷卻測調(diào)PH停止加熱冷卻拆卸成膜光澤好達終點保溫聚合取樣檢查取樣2.00g測固含量計算加水攪拌調(diào)PH助劑增稠 攪拌填料 基材裁切打磨洗晾水性木器清漆制備工藝流程圖 內(nèi)外墻建筑乳膠漆的工藝流程示意圖 核殼型柔性硅丙乳液聚合工藝流程圖 乳液聚合生產(chǎn)工藝流程 Procedure 1. Measure 33ml of non-ionic water

18、 into 100ml of beaker , then heat it to about 50. Weigh surface active agents and add it into beaker , stir for 10 min to dissolve them .2. Weigh and add monomers into surfactant solution in beaker, stir for 30 min at 30 under vigorous agitation to emulsify them into homogenous emulsion .3. Add 12 m

19、l of emulsion mixture into three necked round bottom flask in hot water bath and then half of initiator solution ( 1 2 % potassium persulfate ) into flask , raise the temperature slowly until thermodynamic reaction begins .4. Then add the emulsifying mixture at the rate about 0.2 ml per min , and ad

20、d initiation solution to keep the temperature at 7075 and reflux rate stable , copolymerization last for 100120 min .5. Raise the temperature of mixture in flask to 9597 after addition is finished , the temperature should be constant for 30 min , or remove the monomer which has not reacted in the mi

21、xture by vacuum distillation .6. Cool down the mixture to room tempera-ture , adjust acidity of emulsion to PH = 8 9 with 1:1 ammonia solution . Pure out the latex product to 50ml of beaker for test .實 驗 操 作 步 驟 1 . 檢查三口瓶、蒸餾燒瓶、球形冷凝管、直形冷凝管、燒杯、量筒等玻璃儀器是否齊備并清洗干燥待用；檢查強力電動攪拌機恒溫水浴鍋各個部分是否能正常工作。 按照裝置安裝順序逐步安裝

22、好反應(yīng)裝置，并且仔細檢查各個部分各個方面特別是氣密性是否符合要求。如果未達到要求則及時進行調(diào)整，直到符合聚合反應(yīng)裝置要求為止。實 驗 操 作 步 驟2. 先量取33mL 水加入到250mL三口燒瓶中，稱取0.15g十二烷基硫酸鈉和 0.6g OP-10 加入，然后接通冷凝水，慢慢開動攪拌機，再小火加熱到50攪15min 溶解好。3. 依次加入 17.0g 丙烯酸丁酯、9.0g甲基丙烯酸甲酯、 1.0g 丙烯酸，在室溫下以8001000 rpm轉(zhuǎn)速強力攪拌30min乳化單體。4. 單體乳化成均勻的乳化液后，倒出乳化液量其總體積，取其中 1/6V總 乳化液加入三口燒瓶；稱量 0.15g 過硫酸鉀引

23、發(fā)劑配成2%溶液，將其總量 1/2 V總 加入到三口燒瓶中。 實 驗 操 作 步 驟5 . 采用水浴進行小火加熱到65，通常在66時開始回流，待溫度升高至 7072，慢慢同步均勻地滴加單體乳化液和 2%過硫酸鉀溶液，每 5 min 加料一次，控制在 1.52 小時內(nèi)將單體乳化液加完。6 . 單體加完后加入余下總量的10%的過硫酸鉀溶液，將溫度迅速升高到9095，保溫反應(yīng)30分鐘，反應(yīng)如有異常應(yīng)及時報告老師 。實 驗 操 作 步 驟7. 保溫反應(yīng) 15 min 后每 5 min取樣到碎木片，觀察形成有光澤的漆膜，直至光澤符合要求止。8. 反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至40，小心拆卸裝置，將物料倒至燒杯，觀察

24、產(chǎn)品及其體積，然后測粘度、調(diào)PH，即得乳液產(chǎn)品。準確稱取 2.000 g 乳液產(chǎn)品測定其固含量。實 驗 操 作 步 驟9. 乳液產(chǎn)品的一半先做涂刷漆膜， 將長 120 mm 寬 50 mm 的四塊木版、四塊鐵皮正面涂勻聚丙烯酸酯乳液，在每一層表面干燥后再進行下一道涂刷，注意涂刷均勻和表面干燥時間。10. 余下乳液按配方3 計算各種組分用量，按順序配制好乳膠漆，然后在木版鐵皮背面逐層涂刷聚丙烯酸酯乳膠漆，直到獲得合格漆膜。實 驗 操 作 步 驟11. 及時清洗干凈實驗所用各種儀器。將試管壁上所沾附的產(chǎn)品加適量水，在水桶洗滌除去，洗滌水請勿倒入水池，以免粘附池壁及堵塞排水管 。12. 抹凈實驗桌面

25、水池 ，經(jīng)檢查驗收后方可離開 。剩余乳液和乳膠漆產(chǎn)品，經(jīng)檢查驗收后倒至自帶小樣品瓶中密封保存。實 驗 操 作 步 驟13將剩余產(chǎn)品和涂上刷好的膜板帶回去，待其完全干燥后，在下次實驗時帶來詳細測定漆膜的各項性能指標，仔細觀察其應(yīng)用效果，并同市售同類涂料產(chǎn)品進行比較 。實 驗 操 作 要 點 1. 儀皿 清點 檢查 清洗 烘干 稱量 ；2. 三口瓶 固定 套棒 聯(lián)機 檢查 調(diào)整 ；實 驗 操 作 要 點 3. 稱OP 加水 通水 0.6 g 33 ml 攪拌 加熱 溶解 ； 400rpm 5565 1015min4. 單體 調(diào)速 乳化 1000rpm 30min內(nèi) 1/6 V 三口 引發(fā)劑1/2V

26、 ； 12ml 65實 驗 操 作 要 點 5. 升溫 恒溫 反應(yīng) 5 min內(nèi) 73 20 min 補料 升溫 恒溫 光澤好 7380 min 15 min 9092 成膜6. 終點 出料 冷卻 40 25 測 氨水 調(diào)PH ； 50 m.Pa.s 8 9實 驗 操 作 要 點 7. 測Wt 加水 調(diào)PH 2.00 g 室溫 8.50.5 助劑 增稠 填料 ； 液態(tài) CMC 固態(tài)8. 基材 處理 涂刷 裁剪 打磨清洗晾干 3 6 道 干燥 清洗 抹桌 。 及時Precaution 1. The temperature and time of copoly-merization should be controlled well in preparation of the latex .2. The monomer should be add into vessel slowly or explosion-polymerization will occur and the synthesis fails .3. PH