乳液聚合,作为当今工业制备聚合物最主要的方法之一,每年世界上都有数百万吨的聚合物乳液,这包括高分子的所有领域,塑料,橡胶,纤维,粘合剂以及涂料等。对于乳液,有些需要采用一定的方法将其分离出来,进一步加工才能应用,如塑料,橡胶等；而又有一些,则可以直接使用,如丙烯酸酯类胶乳可直接应用于涂料,粘合剂,造纸等领域。对于乳液性能的评价指标,学术界将其胶乳的粒子尺寸及分布,稳定性作为主要的衡量标准,而工业生产过程中,又把体系的固含量和生产工艺作为关键参数。因此,用一种简单的方法制备高固含量,粒径尺寸和分布可控,稳定的胶乳是学术界和工业生产者共同追求的目标。为了获得性能优异的聚合物胶乳,研究乳液的制备过程显得尤为重要。在以前的研究中,人们根据乳液聚合中引发场所的不同,将粒子形成的方式化分成胶束成核,均相成核和单体液滴成核,粒子成核后,吸收单体,单体在粒子内部与自由基反应增长实现粒子的变大。在本文中,我们从三个方面对其粒子的成核与增长过程进行了研究分析,进而了解粒子的成核与增长,确定了粒子成核与增长的影响因素和途径,并以此为基础,创建了粒子聚并成核与增长的物理模型,定量地研究了粒子稳定理论,成功地用一步法制备出高固含量,粒径尺寸和分布可控的稳定的聚合物胶乳,并对其进行理论解释。第一部分,我们以传统的间歇式乳液聚合技术,以十二烷基硫酸钠(SDS)为乳化剂,过硫酸钾(KPS)为引发剂,碳酸钠为电解质对聚丙烯酸丁酯均聚反应做了详细研究。跟踪了粒子尺寸,数目,面积和表面吸附率随时间和转化率的变化。研究发现,在高固含量情况下,粒子的增长方式不是按照传统的消耗单体增长,而是按照聚并方式增长,粒子聚集成一个粒子簇,进而并成一个大的粒子。这种增长方式有利于粒子稳定且有利于大尺寸粒子的制备。研究发现粒子的聚并过程可以导致粒子尺寸的快速增长,并且使其粒子的稳定性增强。粒子的聚并可归因于粒子的不稳定,当粒子表面乳化剂覆盖率位于最低表面覆盖率(θlow)和临界表面覆盖率(θcri)之间时粒子聚并发生,而粒子的最低表面覆盖率和临界表面覆盖率都会随着电解质浓度的增加而升高。通过调节乳化剂,固含量以及电解质的浓度可以有效地调节粒子的聚并,进而有效地控制粒子的稳定性和粒子尺寸。第二部分,我们研究了聚苯乙烯乳液聚合过程中粒子成核与增长动力学,在此实验中我们引入碳酸钾作为电解质。在此部分,在研究固含量影响时,我们发现粒子的成核过程持续到反应结束,对于苯乙烯等憎水性极强的单体,在乳化剂浓度较高时,粒子的成核主要以胶束成核为主,因此可以判定,在低固含量条件下,由于体系中胶束含量多,粒子将会出现连续成核,这报道与Klein等人报道的一致。而随着固含量的增加,这种连续成核现象将会消失,最终的粒子尺寸将逐渐趋于均一。但是对于高固含量条件下(40wt%),虽然成核机理仍然以胶束成核为主,但由于单体液滴在体系中存在的时间长,均相成核已经不能被忽略,均相成核产生的粒子体积小,进而导致最终胶乳粒子尺寸分布较宽。而加入电解质后,当体系中电解质浓度为0.2wt%或0.4wt%时,制备固含量为40wt%的聚苯乙烯时,发现最终的粒子尺寸分布均一。而电解质为0.8wt%时,粒子的分布又再次变宽。从不同电解质含量的研究中我们可以发现,通过加入少量的电解质可以有效抑制均相成核,而加入较多的电解质会导致粒子的聚并,使其发生聚并。第三部分我们以前二部分的实验结果为基础,根据实验事实提出了乳液聚合粒子聚并成核与增长的物理模型,并且有根据数学概率和乳胶粒子静电排斥等理论用数学方法对粒子聚集和聚并的过程进行定量研究,对里面涉及的物理参数进行了定义。定量地给出了粒子尺寸与电解质浓度的经验方程。完善了传统的乳液聚合理论和DLVO理论,进一步修正了Smoluchowski理论。