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乳液聚合是工业上广泛使用的聚合方法,在聚合体系中加入乳化剂,以使体系稳定和成核,但产物中残留的游离乳化剂,由于不能完全将其从聚合产物中除去,从而对乳液聚合产品的应用会造成一定影响;同时由于乳化剂通常价格较贵,加入乳化剂会增加产品成本,而且还会造成环境的污染。因此鉴于常规乳液聚合法存在的的以上缺点,现在工业上逐渐用无皂乳液聚合法代替常规乳液聚合来进行工业生产。所谓的无皂乳液聚合是指在乳液聚合配方中完全不加或仅加入微量乳化剂(其浓度小于临界胶束浓度(CMC))的乳液聚合过程。不加常规的乳化剂可以得到表面洁净、单一分散的乳胶粒,同时消除了乳化剂对环境的污染。
本文采用半连续种子乳液聚合法,以少量2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的钠盐(AMPS)作为功能性单体,以过硫酸钾(KPS)为引发剂成功制备了一种高稳定性,高固含量(高达50%)的聚甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯/丙烯酸-β-羟乙酯(P(MMA/BA/HEA))的无皂乳液。由于AMPS是以化学键接合在乳胶粒子表面,所得到的乳胶粒子表面“清洁”,没有残余乳化剂对乳液的性能产生不良的影响。乳液聚合和存储过程都非常稳定,室温储存6个月以上无明显分层。本文中讨论了乳液的转化率、聚合稳定性、储存稳定性、冻融稳定性、玻璃化转变温度、乳胶膜的耐水性、耐溶剂性等对乳液聚合过程和聚合产物的影响;同时,采用动态激光粒度仪(PCS)和透射电镜(TEM)表征了无皂乳液乳胶粒子的大小、分布及形态结构,原子力显微镜(AFM)观察了乳胶膜的表面形态及乳化剂向膜表面的迁移情况,并与常规乳化剂DBS制得的乳液乳胶膜进行了对比。结果表明,可聚合乳化剂AMPS成功的聚合到丙烯酸酯共聚物中,与常规聚合物乳液相比,可聚合乳化剂AMPS可以提高乳液聚合的转化率,并且改善了乳液的聚合稳定性、储存稳定性、耐水性等。可聚合乳化剂制得的乳胶膜要比常规乳化剂制得的乳胶膜相比在水洗后有较少的乳化剂迁移到膜的表面,并且对玻璃的附着力要好于常规乳化剂制得的乳胶膜。而且可聚合乳化剂制得的乳胶粒子表面洁净,粒径分布均匀。由此可见,可聚合乳化剂比常规乳化剂能够改善乳液及乳胶膜的综合性能。