实验三醋酸乙烯酯的乳液聚合及固含量测定
一、实验目的
1．了解乳液聚合的特点、体系组成及各组分的作用；
2．掌握醋酸乙烯酯的乳液聚合的基本实验操作方法；
3．根据实验现象对乳液聚合各过程的特点进行对比。
二、实验原理
乳液聚合是指将不溶或微溶于水的单体在强烈的机械搅拌及乳化剂的作用下与水形成乳状液，在水溶性引发剂的引发下进行的聚合反应。聚合反应发生在增溶胶束内形成M/P（单体/聚合物）乳胶粒，每一个M/P 乳胶粒仅含一个自由基，因而聚合反应速率主要取决于M/P 乳胶粒的数目，亦即取决于乳化剂的浓度。乳液聚合能在高聚合速率下获得高分子量的聚合产物，且聚合反应温度通常都较低，特别是使用氧化还原引发体系时，聚合反应可在室温下进行。乳液聚合即使在聚合反应后期体系粘度通常仍很低，可用于合成粘性大的聚合物，如橡胶等。醋酸乙烯酯胶乳广泛应用于建筑纺织涂料等领域，主要作为胶粘剂、涂料使用，既要具有较好的粘接性，而且要求粘度低，固含量高，乳液稳定。醋酸乙烯酯可进行本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合，作为涂料或胶粘剂多采用乳液聚合。醋酸乙烯酯的乳液聚合是以聚乙烯醇和OP-10 为乳化剂，过硫酸钾为引发剂，进行自由基聚合，经过链的引发、增长、终止等基元反应，生成聚醋酸乙烯酯乳胶粒，最终得到外观是乳白色的乳液。主要的聚合反应式如下：
三、仪器与试剂
1.仪器：恒温水浴、电动搅拌器、温度计、冷凝管、四口烧瓶（250mL）、滴液漏斗、量筒、烧杯。
2.试剂：醋酸乙烯酯、聚乙烯醇（1799）、OP-10（烷基酚聚氧乙烯醚）、过硫酸钾（KPS）、碳酸氢钠溶液（10%）
四、实验步骤
1．实验装置如图 2 所示，四口烧瓶中装好搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗和温度计并固定在恒温水浴里。首先加入4.00g 聚乙烯醇和70 mL 蒸馏水，开动搅拌，加热水浴，使温度升至90℃，将聚乙烯醇完全溶解。
2．降温至68～70℃，依次加入1.50g OP-10，10.00g 醋酸乙烯酯搅拌20分钟，然后准确称取0.30过硫酸钾，用10 ml 蒸馏水溶解于50 mL 烧杯中，并将一半的溶液倒入四口烧瓶中。
3．反应30 分钟后，用滴液漏斗加入20.00g 醋酸乙烯酯（控制滴加速度在0.5 g/min左右），40 分钟左右加完后将剩下的过硫酸钾水溶液倒入四口烧瓶中，再称取10.00g醋酸乙烯酯置于滴液漏斗中进行滴加（滴加速度控制在0.5 g/min 左右），滴加时注意控制反应温度不变。
4．单体滴加完后，保持温度继续反应到无回流时，逐步将反应温度升到90～95℃，继续反应至无回流时撤去水浴。在反应过程中，要随时测定体系的pH 值，保证pH 值在4～6。如果体系的pH 值降低了，可以加入10%的碳酸氢钠溶液进行调节。
5．将反应混合物冷却至约50℃，加入10%的NaHCO
水溶液调节体系的pH
3
值为7～8，
经充分搅拌后，冷却至室温，出料，观察乳液外观。
6．固含量的测定
先将干燥洁净的蒸发皿在105烘箱内烘30 分钟，取出放入干燥器中，冷却至室温后，称重，记为m0。取一部分试样，使试样均匀流布于已称重的蒸发皿的底部，称重记作m1。然后放于120℃的烘箱内烘一段时间后，取出冷却至室温，称重记为m2。按下列公式计算：
X%=(m2-m0)/(m1-m0)
式中： X—固体含量；
m2—烘后蒸发皿和试样的总质量/g；
m0—蒸发皿的净质量/g；
m1 —烘前试样和表面皿的总质量/g。
五、数据处理
1．计算产率
2．计算乳液的固含量
六、注意事项
1、制备聚乙烯醇溶液时，发现有块状物出现，一定要设法取出。
2、按要求严格控制单体滴加速度，如果开始阶段滴加快，乳液中出现块状物，使实验失败。
3、严格控制反应各阶段的温度。
4、反应结束后，料液自然冷却，测固含量时，最好出料后马上称样，以防止静止后乳液沉淀。
七、思考题
1．乳化剂主要有那些类型？乳化剂浓度对聚合反应速率有何影响？
2．为什么要严格控制单体滴加速度和聚合反应温度？
3．比较乳液聚合与本体聚合有什么区别？