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细乳液聚合的特点

发布日期:2015-06-03 17:50:28
由于其聚合机理聚合动力学以及各种配方的不同,在聚合的工业上,常规乳 液聚合相比细乳液聚合有以下特点:①体系稳定性高,有利于工业生产的实施; ②产物乳胶的粒径较大,而且通过稳定剂用量很易调控;③聚合速率适中, 生成易控制,避免暴聚。④细乳液聚合方法制备得到的胶乳具有更优良的性能。 此外,细乳液聚合在制备具有较好微相分离的复合胶乳和互穿聚合物网络(IPN) 乳胶方面也有较大的潜力。
细乳液聚合由于其自身的独特之处,已成为制备特殊结构聚合物及聚合物分 散体的新型方法,有非常广阔的应用前景。例如,一些高疏水性单体或聚合物参 与的聚合体系,如氟代单体、有机硅单体、缩聚型单体、聚合物杂混体系等,在 常规乳液聚合中不容易实现,但在细乳液中却可以很好地聚合[42】。
1.3.4AKD的乳化机理
1.3.4.1AKD高分子乳化剂的设计思路
AKD活性高,遇水易分解,因此AKD乳液的配制不仅需解决乳化的问题, 而且需解决乳液的稳定性问题。制得稳定的AKD乳液的关键步骤是AKD乳化剂 的选择。乳化AKD的表面活性剂很多,但都存在各种不足,本研究致力于以合 成满足AKD乳化条件的高分子乳化剂。
合成高分子乳化剂结构独特,兼有高分子和表面活性剂两者的功能,因而具 有优良的分散、乳化、稳定等作用。更重要的是可以通过改变单体种类、单体用 量比例、结构单元连接方式、序列分布和单体组分等,制得具有指定结构和预期 性能的高分子表面活性剂;由于能够进行分子设计,往往同时具有胶体保护、助 留、增效等多种功能,因而合成高分子乳化剂已经成为今后AKD专用乳化剂的 发展方向。
(1)为了提高乳化AKD的效果,增强AKD乳液的稳定性,根据相似相溶 原理,选用的乳化剂其结构应该尽量与AKD相似。乳化剂分子的亲油基团应以 长链烃基为亲油基团较好,尤其是12碳〜36碳烃基为佳。由于AKD中的长链烃 基碳数常在18左右,因此本实验选择丙烯酸十八酯作为疏水性单体。
(2)为了缓解AKD在水中的水解效应,所选择的乳化剂中应该不含有活性 氧。本研究中所涉及的高分子乳化剂,能够有效地避免活泼氢的产生。
(3)乳化剂中应该尽量引入阳离子基因,乳化剂阳离子基团能够包裹在AKD 的表面,形成双电层,有利于乳液的稳定性;阳离子基团带正电荷,纤维表面带 有负电荷,正负电荷的静电吸引作用有利于在施胶过程中AKD乳液在纤维表面 .的留着,提高施胶作用。本实验中选用二甲基二烯丙基氯化铵作为阳离子基团。
(4)乳化剂分子中需要含有亲水基,与水相溶。丙烯酰胺易溶于水,易于 聚合反应,表面活性大,单体离子型单体共聚物具有高粘度和髙表面活性,因此 选择丙烯酰胺作为本实验的亲水性单体。
(5)选择的乳化剂的HLB值在14附近,或者应用有机概念图理论,使得 表面活性剂的a角线尽量接近AKD蜡粉的Aa线。
(6)乳化时尽量使用复配的表面活性剂进行。
1.4有机概念图
物质的乳化性能最常用的衡量标准是HLB值,乳化剂的HLB值尽量接近被 乳化物质的HLB值,所得乳液的稳定性才是最好的。但是在HLB值得理论中所 提供的基团是很有限的,尤其是对于高分子聚合物,更是难以得到其准确的HLB, 因此使得该理论的应用受到很大限制。
本世纪30年代,日本学者藤田穆在其《有机分析》一书中首次提出了有机 概念图[43],有机概念图与HLB值有相似之处,若把HLB值看作是一条线,是一 维的,有机概念图则是平面,是二维的。有机概念图可包含HLB值,但更具体、 更直观。有机概念图中,将有机化合物分为有机性基与无机性基两部分。将有机 化合物的共价键结合部分,即非极性部分作为有机性,并根据含碳数多少区别有 机性的程度大小,并用数值表示称为有机性值(简称0值)。有机化合物的静电结 合部分,即极性部分作为无机性,并根据极性大小用数值表示的称为无机性值(以 下简称为I值)。分别以有机性值(0)与无机性值(I)表示其强弱4
有机概念图中定义Aa线,要获得好的0/W乳液,应使乳化剂分布均匀,并 向Aa线成倍地靠拢,并且要由距离远点近的小分子乳化剂配合乳化。Aa线是(90 。-油的角度)X2/3+油的角度,
有机概念图在选择表面活性剂对油相进行乳化时的理论指导作用是这样表 现的:以I值为纵坐标,0为横坐标,计算得出物质的0值和I值后,就可以在 X-Y坐标轴中以一点表示该物质在• I/O值可以看作在有机概念图上凡是 90°以内的物质都可以看作是具有乳化能力的物质,但由于每种物质的1/〇比值 不同,乳化能力也各异,且即使I/O比值(a角)相同,但其长度(同原点的距离)不 同,也会影响乳液的稳定性。
小田等[44]根据有机概念图理论,认为有机性与表面活性剂的亲油性一致,无 机性与亲水性一致,因此可以甩化合物的无机性与有机性值之比(I/O)来表示表面 活性剂的性质。提出HLB由下式计算HLB=I/O*10。例如油酸钠的〇值为360, I 值为652, 1/0=1.81,因此HLB=18.1。实测油酸钠的HLB值为18,计算值与实际 值很接近。
—般来说,在有机概念图上凡是SKTC以内的物质原则上都可以看作是具有 乳化能力的物质,乳化能力的各异取决于物质的I/O比值不同。在单一的乳化剂 不能保证得到长期稳定的乳液时,可采用几种乳化剂复配在一起作为复合乳化 剂。哪些乳化剂可以相互匹配,I/O比值相同或相近是基本的选择原则,因此有 机概念图对乳化剂的选择应用是有较大指导意义的。
1.5本文的研究目的和主要内容
1.5.1本文的研究目的
本课题致力于研究AKD的专用乳化剂的合成及应用,探讨不同的乳化剂对 AKD乳化性能及胶乳稳定性的影响;制备和应用了AKD的施胶促进剂,缩短AKD 的施胶熟化时间,进一步提高AKD乳液的复配技术,采用先进的仪器和设备分析 AKD的施胶机理,扩大其在中/碱性造纸的应用范围,有十分重要的理论研究意义 和实际应用价值。
1.5.2本文研究内容
(1)利用均相法制备高取代度阳离子淀粉和半干法制备阳离子瓜尔胶,优 化制备工艺,并将其分别应用于AKD的乳化和施胶促进,探讨阳离子天然改性
的性能对AKD施胶的影响。利用髙阳电荷密度的聚合物--聚乙烯亚胺对AKD进行 阳离子改性,考察聚乙烯亚胺对AKD的乳化工艺。
(2)以有机概念图为理论指导,采用细乳液聚合制备AKD的专用聚合物高 分子乳化剂,考察细乳液聚合工艺及高分子HLB值对AKD乳化性能的影响。
(3)研究阳离子聚合物改性AKD乳液的施胶增效机理,对阳离子聚合物改 性AKD乳液在高得率浆中进行了施胶应用研究。通过对AKD施胶剂与纤维表面的 结合形态微观分析,探讨了AKD的施胶机理。