聚丙烯酸酯乳液的合成讲.ppt

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1、Preparation of Polyacrylate Latex Paint聚丙烯酸酯乳液涂料制备,环 保 型 专 业 实 验 教 师 朱 自 强 2008 11 28,Main Properties and Usage,Polyacrylate latex paint is viscous liquid.Its properties such as weather ability,color-fast ability,water resistance,alkali-resistance are better than PVAC latex.It is one of main outdoor

2、 latex paint.Owing to many advantages,the species and product of polyacrylate latex paint increase rapidly recently.,主 要 性 质,聚丙烯酸酯乳液(Polyacrylate Latex)为乳白色液体，其质量分数（432）%。此乳液以水代替有机溶剂，成本低、污染小、对人体危害小。,主 要 用 途,聚丙烯酸酯树脂的主要用于:外墙涂料 胶粘剂,丙烯酸酯乳液特点,丙烯酸酯乳液比醋酸乙烯酯乳液有许多优点：对颜料的粘接能力强，其耐水性、耐碱性、耐光性、耐候性均比较好，施工性能优良。,实 验

3、 目 的 要 求,1了解常用涂料分类、特点、性质，聚丙烯酸酯树脂产品的用途及操作使用；2掌握共聚反应机理和特点，掌握聚丙烯酸酯乳液合成的原理、方法；3掌握聚丙烯酸酯树脂合成工艺流程、操作步骤及过程、工艺参数及其控制；,实 验 目 的 要 求,4 了解聚丙烯酸酯树脂产品的国家标准、检测项目、检验方法及专用设备、各项具体性能质量指标；5.对聚丙烯酸酯乳胶漆产品进行质量检测，学会检验其中几项指标，并进行粘合试 验，产品涂膜符合使用要求。,共 聚 反 应 机 理,丙烯酸丁酯等单体乳化后，在引发剂作用下进行共聚，经过链引发、链增长、链终止获得一定聚合度的共聚高分子化合物。反应时间 t 长，共聚物分子量M

4、大，其粘度也稍增大。通过成膜光泽测定控制共聚反应终点，从而获得符合要求聚丙烯酸酯产品,共聚反应式如下：,Theory,Chain initiation：R R 2 R R+CH2=CH R-CH2-CH2|COOC4H9 COOC4H9,Theory,Chain propagation R-CH2-CH2+m CH3-CH=CH|COOC4H9 COOCH3 R-CH2-CH-n-CH CH-m|COOC4H9 CH3 COOCH3,Theory,The disproportionation termination:CH2-CH+CH3 CH=CH2|COOC4H9 COOCH3-CH2-CH

5、-CH2-CH2-|COOC4H9 CH3 COOCH3,乳液成膜过程示意图,施工后首先水分挥发，当乳胶漆微粒占膜层的74%（体积分数）时，微粒相互靠近而达到密集的充填状态；其次，水分继续挥发，聚合物微粒表面吸附的保护层破坏，间隙越来越小，直至形成毛细管，毛细管作用迫使微粒变形，毛细管压力高于聚合物微粒的抗变形力，微粒之间产生压力，介质挥发越多，这个压力越大，尔后凝集、融合形成连续的膜；最后，水分继续蒸发，当压力达到能使每个微粒中分子链扩散到另一微粒分子链中去时，聚合物分子链逐级逐渐相互扩散，使膜均匀化，完成固化干燥过程。,乳胶漆成膜原理,设备种类规格数量,电动搅拌机 JB90-D 1 恒温干

6、燥箱 2 0 2-3 1电热恒温漕 HH-2 1 酸 度 计 PHS-25 1旋转粘度计 NDJ-1 1 电子 天平 JA2003 1 抽气 风机 T4-72 1,HS-400多功能砂磨、分散搅拌机,常州市先导干燥设备有限公司,电加热搅拌设备结构图,外盘管式搅拌釜结构图,MZX自吸式搅拌机 结构图,搅拌传动装置示意图,电动升降 式搅拌机,南通克莱尔混合设备有限公司,磁力反应釜主机结构示意图,威海鹏威精密仪器有限公司,GSHA实验室小型反应釜0.5L 1L 2L 3L 5L 10L,不锈钢反应罐,不锈钢反应罐技术特点,反应锅由锅体、锅盖、搅拌器、电加热油夹管、支承及传动装置、轴封装置、溢油槽等组

7、成，并配有电加热棒及测温、测压表。由于用户因生产工艺、操作条件不尽相同，搅拌形成一般有锚式、浆式、涡轮式、推进式或框式。支承座有悬挂或支承式二种。夹套内放置导热油，由电热棒加热，夹套上开有进、排油、溢测量、放空及电热棒、测温等接管孔。夹套外壁焊接支座，锅体下部开有放料。,搅拌装置设计选型步骤 搅拌装置的设计选型要与搅拌作业目的紧密结合。各种不同的搅拌过程需要由不同的搅拌装置运行来实现，在设计选型时首先要根据工艺对搅拌作业的目的和要求，确定搅拌器型式、电动机功率、搅拌速度，然后选择减速机、机架、搅拌轴、轴封等各部件。具体步骤如下：1、按照工艺条件、搅拌目的和要求，选择搅拌器型式，选择搅拌器型式时

8、应充分掌握搅拌器的动力特性和搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态与各种搅拌目的的因果关系。2、按照所确定的搅拌器型式及搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态，工艺对搅拌混合时间、沉降速度、分散度的控制要求，通过实验手段或计算模拟设计，确定电动机功率、搅拌速度、搅拌器直径。3、按照电动机功率、搅拌转速及工艺条件，从减速机选型表中选择确定减速机机型。如 果按照实际工作扭矩来选择减速机，则实际工作扭矩应小于减速机许用扭矩。4、按照减速机输出轴头d和搅拌轴系支承方式选择与d相同型号规格的机架、联轴器。5、按照机架搅拌轴头尺寸、安装容纳空间及工作压力、工作温度工艺要求选择密封型式。6、按照安装形势和结构要求，

9、设计选择搅拌轴结构型式，并校核其强度、刚度。如按刚性轴设计，在满足强度条件下n/nk0.7 如按柔性轴设计，在满足强度条件下n/nk1.3 7、按照机架的公称尺寸DN，搅拌轴的搁轴型式选择安装底盖、凸缘座、凸缘法兰。8、按照支称和抗震条件，确定是否配置辅助支承。在以上选型过程中，搅拌装置的组合、配置可参考，配置过程中各部件之间连接关键尺寸是轴头尺寸，轴头尺寸一致的各部件原则上可互换、结合。设计选择步骤中前二步属搅拌工艺设计范畴，后六步属搅拌装置结构设计范畴。,建滔江苏 50 kt/a 环氧树脂生产车间,广东涂料专用反应釜,www.菱湖涂料.com,基料车间反应釜,www.菱湖涂料.com,山东

10、圣光化工集团有限公司2万吨丙烯酸乳液自动化生产线,山西省太原市万柏林区的军华建材厂生产聚丙烯酸乳液防水材料,旋转粘度计结构介绍,数显旋转粘度计,数显旋转粘度计,旋转粘度计的转子及配件,T4-72抽气风机,T4-72抽气风机三视图,实 验 各 种 材 料,PH 试纸 1 14 1 PH比色卡 1点滴板 白瓷 1 橡皮胶塞#0 1石棉网 小 1 铁三脚架 中 1火 柴 盒 1 铁架台 中 1挂绳夹 塑料 1 塑料毛刷 小 1,玻璃仪器种类规格数量,三口烧瓶 250 ml 1 球形冷凝管 L300 1温度计 0 200 1 温度计 0 100 1滴液漏斗 60 ml 1 分液漏斗 125 ml 1烧

11、 杯 100 ml 1 烧 杯 250 ml 1量 筒 25 ml 1 锥形烧瓶 100 ml 1,常见滴液漏斗的类型,常压蒸馏装置,聚合反应装置图,聚合反应装置安装顺序图示,加热回流搅拌合成装置,加热回流搅拌合成装置,加热回流搅拌装置简图,搅 拌 合 成 装 置 简 图,常 用 密 封 装 置 示 意 图,2-50L变频恒速恒温真空搅拌反应装置,Microwave Sysnthesizer,微波合成反应装置,药品种类规格数量,丙烯酸丁酯 c.p 99%17 g 甲基丙烯酸甲酯 c.p 99%9 g丙烯酸 c.p 99%1 g十二烷基硫酸钠 c.p 99%0.15 g非离子活性剂OP c.p

12、99%0.6 g过硫酸钾 c.p 99%0.15 g,药品种类规格数量,乙二醇 c.p 99%1.2 g氨 水 c.p 1+1 1.5 gC M C c.p 10%5 ml 碳酸钙 c.p 99%10 g钛白粉 工业 99%10 g酒 精 工业 95%80 ml,Physical Constants,Experimental Formula,Synthesis technique formula of polyacrylate latex is as follow(the amounts of raw materials are grams in weight):MMA 9 Potassium

13、 persulfate 0.15Butyl acrylate 17 Sodium dodecyl sulfate 0.15Acrylic acid 1 Non-ionic water 33 gEmulsifying agent(OP-10)0.60 g,纯丙乳液配方,水性木器清漆配方,常用的丙烯酸酯单体有：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2乙基己酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯等。常用的共聚单体有：乙酸乙烯酯、苯乙烯、丙烯腈、顺丁烯二酸二丁酯、偏二氯乙烯、氯乙烯、丁二烯、乙烯等。其他功能单体：(甲基)丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸、(甲基)丙烯酰胺、

14、丁烯酸等以及交联单体(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯等。,不同单体赋予聚合物的主要性能,不同单体赋予聚合物的主要性能,方 框 流 程 图,清点检查 清洗烘干,称杯称OP量水加水,装置安装检查调整,通水搅拌 加热溶解,单体加入 调速乳化,出料量V加引发剂,安装通水 搅拌加热,升温引发恒温反应,补料聚合快速升温,方 框 流 程 图,涂刷表干再刷干燥,出料冷却测调PH,停止加热冷却拆卸,成膜光泽好达终点,保温聚合取样检查,取样2.00g测固含量,计算加水搅拌调PH,助剂增稠 搅拌填料,基材裁切打磨洗晾,水性木器清漆制备工艺流程图,内外墙建筑乳胶漆的工艺流程示意图,核壳型柔性硅丙乳液聚合工艺

15、流程图,乳液聚合生产工艺流程,Procedure,1.Measure 33ml of non-ionic water into 100ml of beaker,then heat it to about 50.Weigh surface active agents and add it into beaker,stir for 10 min to dissolve them.2.Weigh and add monomers into surfactant solution in beaker,stir for 30 min at 30 under vigorous agitation to e

16、mulsify them into homogenous emulsion.,3.Add 12 ml of emulsion mixture into three necked round bottom flask in hot water bath and then half of initiator solution(1 2%potassium persulfate)into flask,raise the temperature slowly until thermodynamic reaction begins.4.Then add the emulsifying mixture at

17、 the rate about 0.2 ml per min,and add initiation solution to keep the temperature at 7075 and reflux rate stable,copolymerization last for 100120 min.,5.Raise the temperature of mixture in flask to 9597 after addition is finished,the temperature should be constant for 30 min,or remove the monomer w

18、hich has not reacted in the mixture by vacuum distillation.6.Cool down the mixture to room tempera-ture,adjust acidity of emulsion to PH=8 9 with 1:1 ammonia solution.Pure out the latex product to 50ml of beaker for test.,实 验 操 作 步 骤,1.检查三口瓶、蒸馏烧瓶、球形冷凝管、直形冷凝管、烧杯、量筒等玻璃仪器是否齐备并清洗干燥待用；检查强力电动搅拌机恒温水浴锅各个部分是

19、否能正常工作。按照装置安装顺序逐步安装好反应装置，并且仔细检查各个部分各个方面特别是气密性是否符合要求。如果未达到要求则及时进行调整，直到符合聚合反应装置要求为止。,实 验 操 作 步 骤,2.先量取33mL 水加入到250mL三口烧瓶中，称取0.15g十二烷基硫酸钠和 0.6g OP-10 加入，然后接通冷凝水，慢慢开动搅拌机，再小火加热到50搅15min 溶解好。3.依次加入 17.0g 丙烯酸丁酯、9.0g甲基丙烯酸甲酯、1.0g 丙烯酸，在室温下以8001000 rpm转速强力搅拌30min乳化单体。4.单体乳化成均匀的乳化液后，倒出乳化液量其总体积，取其中 1/6V总 乳化液加入三口

20、烧瓶；称量 0.15g 过硫酸钾引发剂配成2%溶液，将其总量 1/2 V总 加入到三口烧瓶中。,实 验 操 作 步 骤,5.采用水浴进行小火加热到65，通常在66时开始回流，待温度升高至 7072，慢慢同步均匀地滴加单体乳化液和 2%过硫酸钾溶液，每 5 min 加料一次，控制在 1.52 小时内将单体乳化液加完。6.单体加完后加入余下总量的10%的过硫酸钾溶液，将温度迅速升高到9095，保温反应30分钟，反应如有异常应及时报告老师。,实 验 操 作 步 骤,7.保温反应 15 min 后每 5 min取样到碎木片，观察形成有光泽的漆膜，直至光泽符合要求止。8.反应结束后，冷却至40，小心拆卸

21、装置，将物料倒至烧杯，观察产品及其体积，然后测粘度、调PH，即得乳液产品。准确称取 2.000 g 乳液产品测定其固含量。,实 验 操 作 步 骤,9.乳液产品的一半先做涂刷漆膜，将长 120 mm 宽 50 mm 的四块木版、四块铁皮正面涂匀聚丙烯酸酯乳液，在每一层表面干燥后再进行下一道涂刷，注意涂刷均匀和表面干燥时间。10.余下乳液按配方3 计算各种组分用量，按顺序配制好乳胶漆，然后在木版铁皮背面逐层涂刷聚丙烯酸酯乳胶漆，直到获得合格漆膜。,实 验 操 作 步 骤,11.及时清洗干净实验所用各种仪器。将试管壁上所沾附的产品加适量水，在水桶洗涤除去，洗涤水请勿倒入水池，以免粘附池壁及堵塞排水

22、管。12.抹净实验桌面水池，经检查验收后方可离开。剩余乳液和乳胶漆产品，经检查验收后倒至自带小样品瓶中密封保存。,实 验 操 作 步 骤,13将剩余产品和涂上刷好的膜板带回去，待其完全干燥后，在下次实验时带来详细测定漆膜的各项性能指标，仔细观察其应用效果，并同市售同类涂料产品进行比较。,实 验 操 作 要 点,1.仪皿 清点 检查 清洗 烘干 称量；2.三口瓶 固定 套棒 联机 检查 调整；,实 验 操 作 要 点,3.称OP 加水 通水 0.6 g 33 ml 搅拌 加热 溶解；400rpm 5565 1015min4.单体 调速 乳化 1000rpm 30min内 1/6 V 三口 引发剂

23、1/2V；12ml 65,实 验 操 作 要 点,5.升温 恒温 反应 5 min内 73 20 min 补料 升温 恒温 光泽好 7380 min 15 min 9092 成膜6.终点 出料 冷却 40 25 测 氨水 调PH；50 m.Pa.s 8 9,实 验 操 作 要 点,7.测Wt 加水 调PH 2.00 g 室温 8.50.5 助剂 增稠 填料；液态 CMC 固态8.基材 处理 涂刷 裁剪 打磨清洗晾干 3 6 道 干燥 清洗 抹桌。及时,Precaution,1.The temperature and time of copoly-merization should be con

24、trolled well in preparation of the latex.2.The monomer should be add into vessel slowly or explosion-polymerization will occur and the synthesis fails.,3.PH-value of the latex must be controlled well or polyacrylate latex will unstable.4.Paint formula of polyacrylate latex is similar to PVAC latex.T

25、he difference of latexes is that alkaline-soluble polyacrylate latex must be diluted with some water and its PH must be adjust to 8-9,or it cant be soluble in water.,实 验 注 意 事 项,1、药量用量加料方式速度时间2、药品安全性质,防护措施3、加热方式加热速度 加热时间和温度控制范围4、聚合反应终点判断:成膜及光泽度5 粘度范围控制在 10 50 mPa.s(20)6.乳液固含量的测定:取样干燥恒重,实 验 注 意 事 项,7

26、.旋转粘度计 NDJ-1 使用及测定:安装.水平.转子.转速.范围.读数.清洗 8.实际加水量应包括氨水溶液中的水量 9.乳胶漆配方 配制加料顺序搅拌均匀 10.木版铁皮准备,涂刷试验,干燥时间 11.,Review Questions,1.What are the advantages of polyacrylate latex paint?What are the usage of polyacrylate latex in application?2.How many factors will effect the stability of polyacrylate latex?And how to control these factors?,实 验 的 思 考 题,1 聚丙烯酸酯乳胶涂料有哪些优点？主要应用在哪些方面？2 影响乳液稳定的因素有哪些？影响怎样？为什么?如何控制？,