高分子化学 乳液聚合的反应机理、体系的组成和优缺点 乳液聚合.docVIP

PAGE 1 PAGE 1 乳液聚合 学校名称： 江阴职业技术学院 院系名称： 化学纺织工程系 时 间： 2017年3月10日 PAGE 4 PAGE 4 【掌握内容】 乳液聚合的定义 乳液聚合的体系组成和聚合场所 乳液聚合的特征 乳化剂 乳液聚合的聚合过程 乳液聚合的动力学方程 【熟悉内容】 乳化聚合的优缺点，三相平衡点，动力学方程 【了解内容】 乳液聚合的应用 【授课时间】2学时 【教学难点】 【教学目标】 1. 掌握乳液聚合的定义、体系组成和聚合场所 2. 掌握溶悬浮聚合的优缺点 3. 掌握乳化剂 【教学手段】课堂讲授 4.5.1 乳液聚合的定义： 是指单体在水中，由乳化剂分散成乳液状态进行的聚合称为乳液聚合。 4.5.2 体系组成和聚合场所 乳液聚合的体系主要由单体、引发剂、乳化剂和分散介质组成。 聚合场所： 水中 单体液滴 4.5.3 主要特征 优点：（1） 以水作为介质，廉价无毒害性，体系粘度低，易传热，温度容易控制。（2）聚合速率快，产物分子量高（四种聚合方法中最高），聚合可以在较低的温度下进行。（温度升高，体系不稳定，热运动增加。 （3）反应后期体系的粘度仍然较低，适合制备高粘性的聚合物（如丁苯橡胶）和直接使用胶乳的场合。 缺点：（1）需要固体产品时，后处理工序复杂，成本高。产品中含有乳化剂，很难除净，聚合产品纯度低。 4.5.4 乳化剂 4.5.4.1 分类 乳化剂即含有亲水的极性基团，又含有亲油的非极性基团。 根据极性基团的性质可将乳化剂： 1. 阴离子型 2. 阳离子型 3. 两性型 4. 非离子型 4.5.4.2 作用 1. 降低水的表面张力，使单体分散成小液滴（分散作用）。 2. 乳化剂分子在单体液滴表面形成带电保护层，阻止了液滴之间的凝聚，使乳液稳定。（稳定作用）。 3. 形成胶束，使单体增溶。 4.5.5 聚合过程 根据聚合反应速率（或转化速率）及体系中单体液滴、乳胶粒、胶束数量的变化情况，可将乳液聚合分为三个阶段。 表4-9 乳液聚合三个阶段的特点 第一阶段 第二阶段 第三阶段 乳胶粒数 增加 恒定 恒定 单体液滴数 恒定 恒定 消失 聚合反应速率 加速期 恒速期 降速期 第一阶段称乳胶粒形成期，或成核期、加速期：乳胶粒数N ↑,Rp ↑。 第二阶段称恒速期：胶束消失，乳胶粒N不变，单体液滴的存在，保证乳胶粒中单体浓度[M]恒定，Rp恒定。 第三阶段称降速期：[M] ↓ ,N不变，Rp ↓。 4.5.6 动力学方程 1 聚合速率 自由基聚合： Rp=kp[M][M·] [M]乳胶粒中单体浓度，mol/L，与乳胶粒数有关，考虑1个乳胶粒中自由基浓度 乳胶粒体积较小，同一时间内，往往只能容纳一个自由基，当一个自由基进入胶粒后，反应速率式可写为： rp=kp[M] 整个聚合体系中，平均有一半乳胶粒中有自由基，发生聚合反应；另一半乳胶粒中则没有自由基，不发生聚合反应。 设体系中乳胶粒数为N个/ml，则每ml中活性胶粒数为N/2。因此体系中活性中心总浓度（mol/L）为： [M·]=103N/2NA 式中NA是Avogadro常数。 总的聚合反应速率为 聚合度 对于一个乳胶粒而言,数均聚合度为: 式中ri是一个乳胶粒中链引发速率，即自由基进入乳胶粒的速率，也相当于一个乳胶粒中的链终止速率。 设体系总的链引发速率为Ri，则： 聚合度为：