丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物

[db:作者] / 2022-12-28 00:00

[制備方法] 筆者和課題組成員以丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸為原料，采用反相乳液聚合法制備丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物乳液，所制備的產品的相對分子質量達到8.3×106。反應式為：

制備工藝為：將配制好的復合乳化劑(HLB值為7.8)和環已烷依次加入1L的反應釜中，用氮氣置換40min，升溫至35℃，攪拌使之完全溶解。然后將已經除氧并含有乙二胺四乙酸二鈉的單體水溶液逐漸滴加到環已烷中，同時快速攪拌(400～500r/min)令其乳化形成乳狀液，乳化操作結束后，降低攪拌速度(150r/min)，加入K2S2O8/脲氧化還原引發劑，于50℃下保持5h，然后再適量加入K2S2O8/脲氧化還原引發劑，在相同的溫度下繼續反應3h。反應結束后降至室溫并加入終止劑，停止攪拌出料即可得到均勻、穩定的W/O型丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯丙烯酸鈉三元共聚物乳液。

影響丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯丙烯酸三元共聚物乳液性能的因素很多，主要有單體摩爾比、引發劑種類及用量、乳化劑種類及用量、反應時間、攪拌速度以及油水體積比等。此處主要討論單體摩爾比、引發劑種類和用量以及復合乳化劑用量對產品質量的影響。

(1)單體摩爾比丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸(AA)單體摩爾比對三元共聚物的相對分子質量影響很大，結果見表3-16。在3種單體中，甲基丙烯酸甲酯(MMA)的摩爾比越大，三元共聚物的相對質量則隨之減小，因此3種單體的摩爾比宜控制在1：0.02：1左右。

表3-16 單體摩爾比對共聚物相對分子質量的影響

(2)引發劑種類和用量在反相乳液聚合反應中，引發劑的種類是影響共聚乳液相對分子質量大小的關鍵因素之一。不同引發劑對共聚物產品相對分子質量的影響見表3-17。從表中可以看出，過硫酸鉀/脲引發體系的引發效果最好，所制備的丙烯酰胺甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸三元共聚物乳液性能穩定，相對分子質量為9.0×106，而且單體轉化率可達99.7%。

表3-17 引發劑種類的影響

增加引發劑的用量不僅可以提高單體的轉化率，而且也使聚合反應以較快的速度進行。但這種用量的增加是有限度的。這是因為鏈自由基的生成及鏈增長反應是放熱反應，引發劑的高用量必然導致反應體系高放熱。如果體系蓄積的熱量不能及時導出，勢必體系的溫度進一步升高，聚合反應急劇進行而引起沖料和凝膠。當引發劑的用量大于0.6%時，所得的乳膠在兩個月內會凝結成塊，而且引發劑用量加大，引發劑自由基增多，不但未見成核粒子數增多以及乳膠粒子粒徑的減小，而是乳膠粒粒徑稍稍增大，體系的表觀黏度降低。產生這一現象的原因是體系中的一部分引發劑實際起了電解質的作用，它使粒子易于凝聚，而使粒徑增大。本實驗中，氧化還原引發劑過硫酸鉀/脲的最佳用量是過硫酸鉀和脲分別為單體質量的0.08%和0.6%。

(3)乳化劑用量復合乳化劑的HLB值控制在7.8左右，乳化劑用量對三元共聚物乳液性能的影響見表3-18。由表3-18可以看出，隨著乳化劑用量的增加，乳液的黏度、固含量、轉化率均有提高。但乳化劑的用量低于6%時，乳液的稀釋穩定性變差。由此可以看出乳化劑在乳液聚合的過程中具有非常重要的作用。乳化劑濃度越大時，聚合反應速率增大。這是由于乳化劑用量直接影響聚合過程及聚合度，隨著乳化劑用量的增加，單體珠滴數目增加，引發點增多，而使每個珠滴中自由基終止機會減少。當乳化劑濃度低時，僅部分乳膠粒表面被乳化劑分子覆蓋。在這樣條件下乳膠粒容易聚結，由小乳膠粒生成大乳膠粒，嚴重時發生凝聚，造成掛膠和抱軸，輕則降低了收率，降低產品質量，重則發生生產事故。所以乳化劑用量以6%～9%為宜。

表3-18 乳化劑用量對乳液性能的影響

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