一、引言

  聚乙酸乙烯酯是一種非常重要的化工原料,是由乙酸乙烯酯在過氧化物等引發劑的作用下,乳液聚合而成,主要作為塗料和粘膠劑使用。PVAc乳膠漆比較突出的特點有:分子量較大、黏度較小、沒有有機溶劑等;作為粘膠劑使用時,能應用多種添加劑直接改性、機械強度高、沒有缺膠情況出現;當它作為水基膠黏劑時,對環境沒有污染的優點,使其成為聚合膠黏劑中廣泛應用的産品。市場上的聚乙酸乙烯酯塗料價格都比較昂貴,所以要對其進行研究。

  二、實驗部分

  2.1主要實驗儀器及藥品

  粘度計,烘箱,攪拌器,恒溫水浴鍋,回流冷凝管;醋酸乙烯酯,聚乙烯醇,OP-10,過硫酸铵,鄰苯二甲酸二丁酯,碳酸氫鈉,填料,羧甲基纖維素,聚甲基丙烯酸鈉,六偏磷酸鈉,五氯酚鈉,亞硝酸鈉。規格均符合實驗标準。

  2.2聚乙酸乙烯酯乳液的合成

  2.2.1乳液的制備工藝

  乳液聚合體系黏度低、易散熱;反應速率較高和生成物分子量較大;價格便宜,十分環保;所得乳液可以直接使用。所以本次合成采用乳液聚合。制備工藝:

  a.配制乙酸乙烯酯溶液。

  b.加入OP-10和乙酸乙烯酯以及10%過硫酸铵水溶液。

  c.滴加乙酸乙烯單體。

  d.加入剩下的過硫酸铵,再加入碳酸氫鈉溶液,DBP,攪拌冷卻到40℃左右出料。

  2.2.2正交實驗方案設計

  本實驗主要考察溫度、時間以及乳化劑用量對産品的粘度以及固含量的影響。正交實驗,三因素三水平:溫度(70℃,75℃,80℃),時間(2h,2.5h,3h),乳化劑用量(0.5g,1.5g,2.5g)。

  2.2.3實驗數據記錄

  根據GB/T2794-1995,選用NDJ-8S數字顯示粘度計,測定乳液粘度;分析數據得知反應最佳條件為:溫度75℃,時間2.5h,乳化劑用量0.5g,即單體量的1%。正交實驗中沒有這種組合,所以還要進行驗證實驗。

  2.2.4驗證實驗

  按2.2.1中的實驗步驟做驗證實驗,測試乳液粘度。

  2.2.5改變乳化劑合成乳液

  聚合反應所選用的乳化劑為OP-10,考慮到它的市售價格比較昂貴,選擇用價格更加低廉的十二烷基苯磺酸鈣作乳化劑,來合成聚乙酸乙烯酯。實驗步驟同

  2.2.1,前述最佳合成條件,再測試其粘度。

  2.3聚乙酸乙烯酯塗料的合成

  塗料制備工藝:

  a.按最佳反應條件合成乳液。

  b.将蒸餾水,填料,羧甲基纖維素,聚甲基丙酸鈉,六偏磷酸鈉加入裝有攪拌裝置的三口燒瓶中,攪拌均勻。

  c.高速分散,低速下加入合成乳液,五氯酚鈉,亞硝酸鈉,攪拌均勻,出料。

  三、實驗結果與讨論

  溫度、時間、乳化劑用量的極差值分别為:1.634、1.175、0.196,可知影響聚乙酸乙烯酯乳液粘度的因素主次排列順序為:溫度>時間>乳化劑用量。

  由表3-1可知,随着反應溫度的升高,乳液的粘度先上升後下降,在75℃時乳液的粘度達到最大,由此可見溫度為75℃時,乳液能達到較好的效果。随着反應時間的增加,乳液粘度也呈先上升後降低的趨勢,所以時間為2.5h時,乳液能達到較好的效果。乳化劑用量從1%到3%再到5%,乳液粘度呈現先下降後上升的趨勢,而在用量為單體1%時,性能較好,而且從生産成本角度考慮選擇用量為1%比較合适。

  通過驗證實驗測得的聚乙酸乙烯酯乳液粘度為7.932pa.s,綜合各方面的因素考慮,特别是從提高聚乙酸乙烯酯乳液的粘度考慮,最佳合成方案為:溫度75℃,時間2.5h,乳化劑用量0.5g,即單體量的1%。

  3.1.1溫度對聚合反應的影響

  聚合溫度是影響聚合反應的一個重要因素。當聚合溫度過低時,後期升溫的時候回流較大,反應不是很完全,剩餘的單體比較多;反應溫度過高,體系不穩定,容易産生粗大的粒子,甚至發生爆聚,并且,在聚合反應後期末期升溫不能太快。不然會有大量氣泡生産,乳液産生顆粒變粗大和結塊現象,導緻聚合物失去粘性。

  3.1.2時間對聚合反應的影響

  聚合時間是影響反應的一個重要因素,反應時間越長,聚合反應越充分,分子量越大,則乳液的粘度越大,但也要考慮性價比。

  3.1.3乳化劑用量對聚合反應的影響

  乳化劑用量是影響聚合反應的一個重要因素。根據實驗數據分析得知,乳液的粘度随着乳化劑用量的增加而先降低後增加,從生産成本角度考慮,還是選擇低含量(1%)乳化劑。也可以看出乳化劑的用量對聚合反應質量的影響不是很明顯。

  3.2塗料的性能檢測

  3.2.1耐水性

  參照GB9152制備試闆,按GB1727在三塊馬口鐵闆上制備塗料漆膜。檢測塗料耐水性步驟,參照GB/T1733-1993,用浸沸水試驗法。實驗檢測結果為:兩種乳化劑合成的塗料塗抹的三塊試闆,人眼觀察均無脫落、均無起泡、均無皺皮現象,符合JC/T423-91水溶性内牆塗料的技術要求。

  3.2.2塗膜外觀

  參照GB11175-89,人眼觀察,兩種乳化劑合成的塗料都沒有出現可見的粗顆粒和雜質,外觀平整色澤均勻,外觀合格。

  3.2.3粘度

  參照GB/T2794-1995,用NDJ-8S旋轉粘度計檢測OP-10作乳化劑合成的塗料的粘度為18.425pa.s,符合國标;檢測用十二烷基苯磺酸鈣作乳化劑合成的塗料粘度為13.537pa.s,也是符合國标的。

  四、結語

  本實驗以乙酸乙烯酯,過硫酸铵,聚乙烯醇以及乳化劑等為原料合成了聚乙酸乙烯酯塗料,通過正交試驗方案找到了聚合反應的最佳條件為:溫度為75℃,時間為2.5h,乳化劑用量為1%。探讨溫度,時間以及乳化劑用量對聚乙酸乙烯酯乳液粘度的影響。并用十二烷基苯磺酸鈣替換OP-10合成塗料,雖然合成的塗料粘度較低,但是所得結果也符合國标,可以應用到對塗料粘度要求不是很高的場合,而且還能獲得更大的經濟效益,所以十二烷基苯磺酸鈣不失為一種理想的乳化劑。