淺析細粒徑VAE乳液的影響因素

陳錦

摘? 要：本文考察了乳化劑和復合乳化劑及用量、引發劑種類及用量對細粒徑VAE乳液反應速度、粒徑（數均、體積及粒徑分布）和稀釋穩定性的影響。細粒徑VAE乳液的優點是成膜速度快、光澤度高、膜柔軟、顏料包容能力好。

關鍵詞： 乳化劑;細粒徑;VAE乳液;引發劑;稀釋穩定性

中圖分類號：TQ433.433

乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液（簡稱VAE乳液）是以乙酸乙烯酯和乙烯為主要單體，在溫度30℃～95℃、壓力2.0MPa～10.0MPa 條件下、氧化還原體系引發作用下，采用乳液聚合而成。VAE乳液由于在乙酸乙烯酯結構鏈段中引入了乙烯鏈段（5～30wt%）而使得乙酰基不連續，因此降低空間位阻作用，聚合物分子鏈有高度的自由度，鏈段柔軟，大大降低了乳液的最低成膜溫度（Tg溫度），提高了乳液的成膜性、耐水性和柔韌性。因此，VAE乳液被廣泛應用于涂料、膠黏劑、外墻外保溫、紡織、紙加工等領域[1，2]。

一 實驗部分

1主要原材料

CW40-707、CW40-600，重慶川維化工有限公司。X-100，陶氏化學DOW。SDS，巴斯夫乳化劑。

2儀器與設備

激光粒度儀，Mastersize2000，英國馬爾文公司。稀釋穩定性，電動離心機。

3乳化劑工藝

在乳化劑槽中加入規定量的水，啟動攪拌器，加入乳化劑或復合乳化劑，乳化劑槽加熱至80℃，攪拌60分鐘備用。

4細粒徑VAE乳液聚合

向反應釜加入配制乳化劑，啟動攪拌器和外循環泵（對物料加熱或冷卻），向反應釜加入一定量醋酸乙烯，反應釜升溫67～69℃，同時反應釜中加入乙烯氣體升壓，當反應釜壓力達到4.0Mpa和溫度達到67℃時，向反應釜以2千克/分鐘速度加入氧化劑溶液，引發聚合，聚合溫度上升到75℃，用乙烯將反應釜加壓至5.7MPa，并且連續加入醋酸乙烯單體和引發劑溶液。聚合過程中采用外循環換熱器冷卻，在連續單體加料期間，反應溫度控制75±1℃繼續反應。當連續單體加料加完前20分鐘，關閉乙烯加料。反應5～7小時，當反應釜壓力降到 1.8 MPa以下，停止氧化劑溶液加料。開始降溫，脫泡，出料。

5分析測試

粒徑：激光粒度儀測試乳膠粒粒徑。

稀釋穩定性：將樣品用蒸餾水稀釋50%，電動離心機在2500rpm～2600rpm離心4分鐘，沉淀物容積比（%）。

二 結果與討論

1VAE乳液聚合過程中，乳膠的粒徑主要受乳化劑種類和用量的影響。乳液聚合時，主要有非離子乳化劑和陰離子乳化劑，這兩類乳化劑對乳液的穩定機理略有不同。采用非離子乳化劑一方面可使乳膠粒之間拉開距離，減少乳膠粒的相互接觸作用，另一方面起到靜電屏蔽作用，大大降低乳膠粒表面的靜電張力，增大乳化劑在乳膠粒上的吸附牢度;而采用陰離子乳化劑，一方面可在乳膠粒間起到靜電斥力和水化層的空間位阻雙重作用，使乳液更加穩定，另一方面相同量的陰離子乳化劑能產生更多的膠束，使成核幾率變大，加快聚合反應速率。

從乳化劑品種對乳液粒徑影響來看，陰離子乳化劑在反應體系中能使乳膠粒的粒徑減小，粘度增大，而非離子乳化劑對乳膠粒表面有較好的相容性，得到的聚合物乳液有較好的分散穩定性。因此，從乳化劑的篩選入手，通過對比實驗，并對不同類型乳化劑進行復配，以期獲得能夠有效降低乳液粒徑，并可提高稀釋穩定性的乳化劑體系。

1乳化劑種類對VAE乳液聚合的影響

從表1可以看出，在使用SDS、X-100和十二烷基磺酸鈉為乳化劑的實驗中，聚合所得的VAE乳液的平均數均粒徑都在300nm以下。而從VAE乳液的數均粒徑分布來看，則以X-100最窄，SDS次之，十二烷基磺酸鈉最大。從所合成的VAE乳膠樣品的平均體積粒徑來看，則是十二烷基磺酸鈉最大，SDS次之，X-100最大。

但十二烷基磺酸鈉為乳化劑的VAE乳液的稀釋穩定性很差。將X-100與SDS相比，兩者在降低VAE數均粒徑方面的能力基本相當，但SDS在降低體積粒徑、提高乳液的稀釋穩定性以及聚合反應速度和所得膠乳粘度方面都優于X-100，因此，采用SDS為乳化劑，并適當結合X-100來研究其它因素對VAE乳液聚合的影響。

2乳化劑復配對VAE乳液聚合的影響

以SDS與多種非離子乳化劑進行復配，以考察復合乳化體系對VAE乳液聚合的影響，優化VAE乳液粒徑的乳化劑體系。

從表2可知，使用適當的非離子乳化劑與SDS復配，可以在一定程度上降低所合成的VAE乳液的粒徑。但并非所有的非離子乳化劑都能夠起到這樣的作用。在實驗中，僅有X-100可以起到少量進一步降低VAE乳膠離子粒徑的作用。

3乳化劑（SDS）用量對VAE乳液的影響

由表3可以看出，在不使用乳化劑SDS或SDS用量較低時，VAE乳液聚合體系的穩定性較差，在反應過程中易凝膠或生成難于過濾的沉淀物。此外在低SDS用量情況下，乳化劑SDS不同的加入方式并不能改善乳液聚合過程的穩定性。

而當SDS的用量高于一定值以后（大于或等于2Kg），聚合體系的穩定性可以得到保障，且隨SDS的用量增加所得的乳膠粒子的平均數均粒徑變化不大，但粒徑分布及重均粒徑則隨SDS用量的增加而有所增大。故而較為理想的SDS用量應為2Kg。

4乳化劑（X-100）用量對VAE乳液聚合的影響

由于在SDS用量小的情況下，VAE乳液聚合反應體系的穩定性很差，無法準確獲得乳化劑低用量時反應體系的相關信息，故而使用X-100為乳化劑來進行相關研究。

從表4可以看到，隨X-100用量的減少，所合成的VAE乳液數均粒徑的分布變寬，但在X-100從2Kg降至1Kg時，所得的VAE乳液體積平均粒徑卻有所下降、稀釋穩定性微有提高。不過當進一步降低X-100用量，所合成的VAE乳液的粒徑（數均、體積及粒徑分布）和稀釋穩定性迅速變差。

5引發劑種類和用量對VAE乳液聚合的影響

采用過硫酸鉀和過硫酸銨引發劑引發VAE乳液聚合，對乳膠粒子粒徑的影響基本相同。但使用過硫酸鉀聚合時，體系生成的濾渣很多。因而使用過硫酸銨。

由表5看出，引發劑用量對VAE的乳液聚合有很大的影響。當其用量很小時，反應速度慢，且因單體轉化率不高而在反應后期出現凝膠;當引發劑的用量很大時（大于0.45Kg），則隨引發劑的用量增加，聚合反應速度增加，乳膠粒子的粒徑變大，乳液的稀釋穩定性下降;當引發劑用量適當（0.2～0.34Kg）時，可以獲得較好的反應速度，且乳膠粒子的粒徑和粒徑分布均較小，一致性好。同時乳液的稀釋穩定性和殘渣也很小。此外，改變引發劑的加入方式對乳液的粒徑、粒徑分布和稀釋穩定性影響不大。

細粒徑VAE乳液突出的優點是成膜速度快、光澤度高、膜柔軟、顏料包容能力好，但內聚力不好;將其調配到CW40-600中，能提高CW40-600的耐水性和顏料包容能力。

三 結語

1乳液聚合時，非離子乳化劑和陰離子乳化劑對乳液的穩定機理略有不同。

2采用SDS陰離子和X-100非離子乳化劑聚合所得的VAE乳液的平均數均粒徑較小，但SDS在體積粒徑、稀釋穩定性、聚合反應速度、膠乳粘度方面都優于X-100。

3 SDS與X-100復合乳化劑，在反應體系中能使乳膠粒的粒徑更小。

4 SDS用量對乳膠粒子的平均數均粒徑影響小，但對粒徑分布及重均粒徑影響較大。

5 SDS與X-100復合乳化劑中，X-100用量對合成的VAE乳液的粒徑（數均、體積及粒徑分布）和稀釋穩定性影響較大。

6 過硫酸銨引發劑，用量適當（0.2～0.34Kg）時，對反應速度、粒徑、粒徑分布和稀釋穩定性較好。

參考文獻：

[1] 王香愛，楊珊.VAE 乳液膠粘劑的應用發展[J].中國膠粘劑， 2013（9）：55-58.

[2] 江鎮海.我國VAE 乳液應用和市場發展狀況[J].上海化工， 2015，40（8）：47-48.

中國石化集團重慶川維化工有限公司? 重慶 401254