β—环糊精存在下SDS用量对苯丙乳液性能的影响

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  收稿日期:2016-04-29
  作者简介:易盼盼(1991-),女,硕士研究生在读,主要从事功能高分子化合物的制备与应用研究。
  E-mail:179486546@qq.com。
  通讯联系人:何培新(1957-),男,教授,博导,主要从事高分子材料的制备、结构与性能研究。E-mail:qpxhe@163.com。
  基金项目:国家自然科学基金(51203047)。
  摘要:采用半连续滴加工艺,在β-环糊精(β-CD)存在下制备了综合性能优良的苯丙乳液,探讨了十二烷基硫酸钠(SDS)的用量对苯丙乳液性能的影响。结果表明,随着SDS用量的增加,乳液的凝胶率、乳胶粒子的粒径逐渐减小,粒径分布变窄,单体转化率、Zeta电位绝对值和乳液黏度都逐渐增大,稳定性变好。
  关键词:半连续滴加工艺;苯丙乳液;十二烷基硫酸钠(SDS)
  苯丙乳液具有良好的耐水性、耐候性、耐碱性等优点,且价格低廉,广泛应用于胶粘剂、涂料等领域[1~4]。近年来,国内外主要从新型乳化剂、不同引发体系、功能单体、乳液粒子设计以及乳液聚合工艺5个方面来探讨对苯丙乳液性能的影响[5~9]。徐小波等[10]在反应性阴离子乳化剂甲基丙烯酸羟丙磺酸钠(HPMAS)的存在下,以丙烯酸(AA)为功能单体,制备出了性能优异的无皂苯丙乳液。
  本文以苯乙烯(St)和丙烯酸丁酯(BA)为共聚单体,以β-环糊精(β-CD)和十二烷基硫酸钠(SDS)为共同乳化剂,通过改变SDS的用量,合成了综合性能优良的苯丙乳液。研究了不同条件下合成乳液的聚合稳定性和单体转化率、乳胶粒的粒径及其分布、Zeta电位、乳液的表面张力和黏度等,探讨了SDS的用量对苯丙乳液性能的影响。
  1 实验部分
  1.1 实验材料
  β-环糊精(β-CD),武汉银河化工有限公司;苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、十二烷基硫酸钠(SDS)、过硫酸钾(KPS),上海国药集团化学试剂有限公司;碳酸氢钠(NaHCO3),上海高桥石化公司;对苯二酚,天津市石英钟化工厂。
  1.2 实验仪器
  台式离心机,上海安亭电子仪器厂;数控超声波清洗仪,昆山市超声仪器有限公司;电子继电器,江苏省姜堰科华仪器厂;差示扫描量热仪,德国耐驰公司;动态激光粒度仪,英国Malven公司;动态表面能分析仪,德国KR?SS公司;旋转黏度计,成都仪器厂。
  1.3 聚合工艺
  在装有搅拌器、冷凝管、温度计、恒压滴液漏斗及N2保护的250 mL四口烧瓶中加入0.36 g β-环糊精、碳酸氢钠和部分去离子水,加热至70 ℃,将30 g混合单体(单体质量比:St:BA=6:4)的20%用1 h滴加完,然后分别加入一定量的乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)(分别占单体总质量的0%,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%),迅速升温至80 ℃。将0.18 g引发剂KPS配成溶液,分2批加入,先滴加部分,待乳液出现发蓝现象后,将剩余的KPS溶液和剩余单体在3 h内滴加完,并继续反应4 h后降温出料,得到所需的不同苯丙乳液产物,探讨SDS的用量对苯丙乳液性能的影响。
  1.4.8 贮存稳定性
  在室温环境下,将乳液密封后贮存半年,观察乳液是否出现凝胶、沉降或分层现象。“—”表示无分层,无沉降;“1”表示无分层,轻微沉降;“2”表示无分层,沉降;“3”表示分层,沉降。
  2 结果与讨论
  2.1 SDS用量对聚合稳定性及单体转化率的影响
  在未加SDS时,聚合反应结束后有大量凝胶,单体最终转化率只有80%左右,放置2周出现分层。因此,考虑向反应体系中添加少量的乳化剂SDS(CMC以下),以协助β-CD来共同维持聚合反应的稳定性,并合成出高单体转化率的苯丙乳液。图1是SDS的用量对凝胶率、聚合稳定性及单体最终转化率的影响。从图1可以看出,随着SDS用量的增加,凝胶率逐渐减小,聚合稳定性逐渐变好。当乳化剂用量为0.6%时,凝胶率最小,聚合稳定性最佳。维持聚合反应稳定进行的主要是乳化剂和β-CD,乳化剂覆盖在乳胶粒表面使其稳定,β-CD贯穿于聚合物链中使聚合物具有亲水特性并使之稳定,2者共同作用使乳液保持稳定[11]。随着乳化剂的引入及其用量的增加,部分乳胶粒表面逐渐被乳化剂所覆盖,并且表面乳化剂的含量逐渐增大,乳胶粒表面电荷数量随之增多,乳胶粒之间的电荷排斥效应增强,乳胶粒不易发生凝聚,故凝胶量减小,聚合稳定性得到提高[12]。
  同时,随着SDS用量的增加,单体最终转化率也逐渐增大。当SDS用量为0.6%时,单体最终转化率达到99.3%。在反应体系中,SDS的浓度均低于临界胶束浓度(CMC)。当SDS的浓度低于CMC时,乳胶粒不是由常规乳液聚合的胶束成核机理形成,而是依靠低聚物胶束成核机理形成[13]。对于这一系列反应体系,随着SDS浓度的增大,水相中低聚物胶束的数量逐渐增多,低聚物胶束捕捉单体或链增长自由基的速率逐渐增大,乳胶粒子成核速率增大,乳液的单体最终转化率随之提高。
  2.2 SDS用量对乳胶粒子粒径及粒径分布的影响
  图2显示了SDS用量对乳胶粒子粒径及粒径分布的影响。随着SDS用量的增大,水相中产生的低聚物胶束数量逐渐增多,单体或链增长自由基扩散到低聚物胶束内进行聚合反应,聚合反应活性中心相应地增多,但投料的单体总量一定,因而出现了乳胶粒子的粒径逐渐减小的趋势。同时,随着SDS用量的增大,乳胶粒子的粒径分布值逐渐减小。这是因为环糊精和乳化剂共同维持乳胶粒的稳定,当乳化剂用量过少时,部分乳胶粒表面覆盖的乳化剂不足,乳胶粒表面电荷数量不足,电荷排斥效应较差,部分乳胶粒子发生聚并,从而导致粒径分布不均匀,即粒径分布值较大。当SDS用量逐渐增大时,乳胶粒表面覆盖的乳化剂逐渐增多,乳胶粒子之间的电荷排斥效应增强,大大阻止了粒子之间聚并,乳胶粒的稳定性得到提高,因而粒径分布变得均匀,粒径分布值PDI减小。   2.3 SDS用量对乳胶粒子Zeta电位的影响
  图3显示了SDS的用量对乳胶粒子Zeta电位的影响。随着SDS用量的增加,乳胶粒表面覆盖的乳化剂逐渐增多,即硫酸根基团的数量逐渐增多,乳胶粒表面所带的电荷数随之增多,因此乳胶粒子的Zeta电位绝对值逐渐升高。乳胶粒的Zeta电位均为负值,这是因为乳胶粒表面覆盖着带负电的硫酸根基团。当SDS用量为0.6%时,Zeta电位绝对值即超过了50 mV,说明体系的稳定性很好。常规的乳液聚合因大量使用乳化剂,给生产带来困难,而且还会影响乳液产品性能。本实验利用环糊精的介导,在SDS用量为0.6%时(CMC以下),即可制得稳定性优良的乳液,相比常规乳液聚合,大大减少了乳化剂的使用量。
  2.4 SDS用量对乳液黏度的影响
  从图4可以看出,随着SDS用量的增加,乳液的黏度逐渐增大。这是由于随着SDS用量的增大,乳胶粒的粒径逐渐减小,粒径分布变窄,导致乳胶粒的比表面积增大,乳胶粒之间相互接触的面积增加,乳胶粒子之间的相互作用增大,流动阻力变大,故表现为乳液的黏度逐渐增大[14]。
  2.5 SDS用量对乳液表面张力的影响
  图5显示了SDS用量对乳液表面张力的影响。从图5可以看出,随着SDS用量的增加,乳液的表面张力无明显变化。这是因为体系中SDS的用量很少,乳化剂基本都覆盖在乳胶粒表面,水相中没有游离的乳化剂,因此对乳液的表面张力影响不大。
  2.6 SDS用量对乳液稳定性的影响
  从表1可知,随着SDS用量的增加,乳液的机械稳定性逐渐提高。在聚合物乳液中,乳化剂覆盖在乳胶粒表面具有隔离作用,能有效地阻止乳胶粒之间发生聚结并稳定乳液。乳化剂用量越大,覆盖在乳胶粒表面的乳化剂分子就越多,隔离作用越强,乳液的机械稳定性也就越好。当SDS用量为0.6%时,乳液的机械稳定性最佳。
  从表1还可以看出,随着SDS用量的增加,乳液的贮存稳定性逐渐增强。当SDS的用量为0.6%时,乳液存放半年后无分层,无沉降,贮存稳定性较好。这是因为当SDS用量较小时,乳液的乳胶粒粒径较大,长期存放过程中乳胶粒易发生碰撞和沉降,进而导致出现分层。由前面粒径测试结果可知,随着SDS用量的增加,乳胶粒子的粒径明显减小,因而减少了乳液存放过程中乳胶粒的碰撞和沉降现象,使乳液的贮存稳定性得到了提高。
  3 结论
  以苯乙烯(St)和丙烯酸丁酯(BA)为共聚单体,过硫酸钾(KPS)为引发剂,β-环糊精(β-CD)和十二烷基硫酸钠(SDS)为共同乳化剂,采用半连续滴加工艺,制备出低乳化剂用量(CMC以下)且综合性能优良的苯丙乳液。详细探讨了SDS用量对苯丙乳液性能的影响。结果表明,随着SDS用量的增加,乳液的凝胶率逐渐减小,单体转化率逐渐增大,乳胶粒子的粒径逐渐减小,粒径分布变窄,Zeta电位绝对值逐渐增大,乳液的黏度逐渐增大,稳定性变好。
  参考文献
  [1]Zhang F,Wang Y,Chai C.Preparation of styrene-acrylic emulsion by using nano-SiO2 as seeds[J].Polymer International,2004,53
  (9):1353-1359.
  [2]符颖,赵丽颖,马玄,等.新型环保复合乳化剂对苯丙乳液性能影响[J].化学与黏合,2013,35(3):4-7.
  [3]左艳梅,李为康.半连续种子聚合法合成苯丙乳液及应用于防水砂浆研究[J].新型建筑材料,2015,42
  (12):82-85.
  [4]林菁,张超,郑燕玲,等.马来酸聚乙二醇单酯在苯丙乳液聚合中的应用[J].福建师范大学学报(自然科学版),2014,30(5):55-59.
  [5]丁长波,赵振河,杨少艳.无皂苯丙乳液的制备工艺研究[J].印染助剂,2015,32(2):45-49.
  [6]张心亚,黄洪,沈慧芳,等.苯丙乳液的最低成膜温度及其影响因素分析[J].粘接,2006,27(6):37-39.
  [7]Gu S J,Wang Y P,Zhang F A.Study on Acrylic Emulsion with Core-shell Structure Containing High Hydroxyl Content[J].Journal of Macromolecular Science,Part A:Pure and Applied Chemistry,2005,
  42(6):771-781.
  [8]Sindt O,Gauthier C,Hamaide T,et al.Reactive surfactants in heterophase polymerization.XVI.
  Emulsion copolymerization of styrene-butyl acrylate-acrylic acid in the presence of simple maleate reactive surfactants[J].Journal of Applied Polymer Science,2000,77(12):2768-2776.
  [9]Slawinski M,Meuldijk J,Van Herk A M,et al. Seeded emulsion polymerization of styrene:
  Incorporation of acrylic acid in latex products[J].Journal of Applied Polymer Science,2000,78(4):875-885.
  [10]徐小波,邓宝祥,郑海涛,等.反应性乳化剂对苯丙乳液合成及性能的影响[J].中国胶粘剂,2008,17(12)
  :5-8.
  [11]Rimmer S,Tattersall P I.Emulsion polymerizations in the presence of β-cyclodextrin[J].Polymer,1999,40(24):6673-6677.
  [12]李松栋,吴跃焕.乳化剂复配体系对苯丙微乳液性能的影响[J].现代涂料与涂装,2011,14(4):17-19.
  [13]Chen C Y,Piirma I.Emulsion polymerization of acenaphthylene.I.A study of particle nucleation in water phase and in aqueous emulsions[J].
  Journal of Polymer Science:Polymer Chemistry Edition,1980,18(6):1979-1993.
  [14]吴银萍,沈慧芳,张凯,等.影响苯丙乳液黏度与粒径的因素分析[J].粘接,2009,30(5):59-62.
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