一种聚苯乙烯种子乳液及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚苯乙烯种子乳液，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备而成：苯乙烯单体500

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯乙烯种子乳液及其制备方法


[0001]本专利技术属于高分子聚苯乙烯种子乳液聚合
，更具体地说，是涉及一种聚苯乙烯种子乳液及其制备方法。

技术介绍

[0002]乳液聚合具有易散热、聚合速率快、体系稳定性高等特点，已广泛应用于工业生产中。乳液聚合是生产聚合物的一种多相过程，通常使用水作为分散介质进行。该过程涉及多种成分，包括疏水相(单体)由油在水中的乳化剂(表面活性剂)乳化，然后由水溶性引发剂(如过硫酸钾)或油溶性引发剂(如2,2
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偶氮异丁腈)引发聚合反应。引发剂通过热分解和氧化还原反应分解为自由基，一种典型的利用过硫酸盐引发的乳液聚合。将乳液加热到90℃，过硫酸盐分子将分裂成两个自由基，继续进行单体相的转化，导致单体聚合的时间非常长。根据史密斯
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埃瓦特理论，通常选择水作为溶剂，粒子数随着引发剂剂量或浓度的增加而增加。由于颗粒成核机制，引发剂的加入在决定乳液聚合的聚合速率和粒径方面起着重要作用。刘百军等(2016)研究了不同引发剂体系过硫酸钾(KPS)和偶氮二异丁腈(AIBN)的引发剂体系和不同重量比例(0.3重量％；0.6重量％；0.9重量％；1.2重量％)的颗粒凝聚，并在55℃
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85℃聚合温度下进行。引发剂的热分解随着反应温度的增加而增加，并扩展到更多的颗粒凝聚。其研究没有涉及聚合速率和粒径、聚合温度和加成体系的变化，刘百军等更关注乳液聚合中引发剂体系的颗粒凝聚。在乳液聚合过程中，成核阶段是后期乳胶粒粒径增长和聚合反应完成的基础，尤其是对整个聚合过程中乳胶粒粒径及其分布有重要影响。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种单体转化率高，粒径小的聚苯乙烯种子乳液，还提供一种简单有效的制备方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]1.一种聚苯乙烯种子乳液，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备而成：
[0006]苯乙烯单体
ꢀꢀ
500
‑
600份
[0007]t
‑
DDM 1
ꢀꢀꢀꢀꢀ4‑
10份
[0008]碳酸氢钠
ꢀꢀꢀꢀ
0.5
‑
1份
[0009]Disponil SLS103
ꢀꢀ
200
‑
220份
[0010]引发剂
ꢀꢀ1‑
2份
[0011]水
ꢀꢀ
1200
‑
1300份。
[0012]进一步，一种聚苯乙烯种子乳液，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备而成：
[0013]苯乙烯单体
ꢀꢀ
560份
[0014]t
‑
DDM 1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
6份
[0015]碳酸氢钠
ꢀꢀꢀꢀ
0.6份
Aldrich的试剂级碳酸氢钠蒸馏水作为聚合介质。
[0038]先按照表1的种子乳液配方分别配置各混合物进行乳液聚合，第一步是用氮气置换反应器中的氧气，加入高级混合物和变体混合物到反应器中，加热至85℃；当温度达到85℃时，同时加入启动器混合物和单体混合物，聚合开始，温度将上升到90℃，持续约5分钟，并立即将反应器冷却到80℃，并保温5小时。
[0039]表1种子乳液的配方
[0040][0041][0042]实施例2
[0043]制备方法同实施例1，聚合基于表1的种子乳胶配方，引发剂过硫酸钾剂量分别按0.10％、0.15％，0.20％、0.25％，0.30％，0.35％、0.40％、0.45％和0.50％单体重量百分比加入，改变引发剂过硫酸钾的量，观察引发剂的单体转化率和粒径的影响。采用重量法测定105℃下乳胶固体含量，计算单体转化率，测试结果如图1所示。用粒径分析仪(莫尔文粒度分析仪)分析粒度，用一定量的水稀释乳胶乳液，以获得需要测试的浓度，测试结果如图2所示。
[0044]在另一些实施例中，也可以用过硫酸铵、过硫酸钠作引发剂代替过硫酸钾。
[0045]在另一些实施例中，也可以用3
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巯基丙酸异辛酯、正十二烷基硫醇做分子量调节剂代替叔十二烷基硫醇。
[0046]由图1可以看出，在本专利技术的种子乳液的配方下，单体转化率随着引发剂过硫酸钾剂量的增加而增加，在0.15重量％
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0.50重量％的加入量时，转化率都能在90％以上，尤其是在0.20重量％
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0.35重量％时，转化率高达99.8％，这对工业化生产来说，极大的提高了生产原料利用率，降低生产成本。图2显示粒径随着引发剂剂量的增加先减小到达平稳后又逐渐增加，稳定在0.20重量％
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0.35重量％，粒径最小为115nm。当引发剂用量大于0.40重量％时，对单体转化率和粒径有反向的影响。当引发剂剂量过低(<0.05％)时，形成的种子
胶乳数量过低，引发剂不足以进行自由基聚合，导致单体转化率低，乳液中凝结物高，粒径大。当引发剂量达到所要求的用量(0.20重量％)时，预乳液中引发剂量足以在乳液聚合中产生自由基，单体容易进入乳胶颗粒进行聚合反应，单体转化率高，粒径稳定在115nm。增加引发剂剂量到0.35％，单体转化率和粒径变化不大。
[0047]实施例3
[0048]制备方法同实施例1，聚合基于表1的种子乳胶配方，引发剂过硫酸钾剂用量按0.20％单体重量百分比加入，反应器中引发剂的添加由蠕动计量泵控制，添加时间分别为0、5、10、15、20、25、30分钟。采用重量法测定105℃下乳胶固体含量，计算单体转化率，引发剂过硫酸钾添加时间对单体转化率的影响如图3所示。用粒径分析仪(莫尔文粒度分析仪)分析粒度，用一定量的水稀释乳胶乳液，以获得需要测试的浓度，引发剂过硫酸钾添加时间对粒径的影响如4所示。
[0049]图3显示当引发剂过硫酸钾添加速率在5
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10分钟内可获得最高的单体转化率(99.8重量％)，图4显示引发剂过硫酸钾添加速率在5
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15分钟内可获得窄小的粒径(115nm)。引发剂用量5到15分钟时，聚合速率较高，在此期间产生的自由基数量是进行自由基聚合的关键，单体转化速率随着底物引发剂量的增加而增加。但引发剂量达到一定量后，预乳液的用量不足以弥补聚合过程中自由基的消耗，进入乳胶颗粒的单体数量会减少，导致单体转化率降低，乳胶颗粒尺寸增大。
[0050]实施例4
[0051]制备方法同实施例1，聚合基于表1的种子乳胶配方，聚合温度对单体转化率和粒径的影响在引发剂用量和加入方法不变的情况下进行。在此为了和实施例3进行平行比较，只显示选用引发剂过硫酸钾剂用量按0.20％单体重量百分比加入，添加速率固定为10分钟。聚合温度分别控制在70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃。采用重量法测定105℃下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚苯乙烯种子乳液，其特征在于，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备而成：2.根据权利要求1所述的聚苯乙烯种子乳液，其特征在于，按重量份数计，由包括以下组分的原料制备而成：3.根据权利要求1或2所述的聚苯乙烯种子乳液，其特征在于，聚苯乙烯种子乳液中粒子粒径为115
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160nm。4.权利要求1
‑
3任一项所述的聚苯乙烯种子乳液，其特征在于，所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或多种。5.权利要求1
‑
3任一项所述的聚苯乙烯种子乳液，其特征在于，所述分子量调节剂选自3
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巯基丙酸异辛酯、正十二烷基硫醇或叔十二烷基硫醇一种或多种。6.权利要求1
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5任一项所述的聚苯乙烯种子乳液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下具体步骤：1)将苯乙烯单体和分子量调节剂按重量份混合为单体混合物，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张煜璇，黄浩锋，陈晓婷，蔡镇源，林濠生，
申请(专利权)人：广东天银实业有限公司，
类型：发明
国别省市：