建筑用涂料乳液基础知识介绍

乳液基础知识介绍乳液基础知识介绍什么是乳液由两种（或两种以上）不互溶的液体，在机械外力或表面活性剂的作用下形成的分散体。如：金属切削液、脱模剂以及用于粘合剂的聚合物乳液 金属切削液：一种用在金属切、削、磨加工过程中，用来冷却和润滑刀具和加工件的工业用液体，同时具备良好的冷却性能、润滑性能、防锈性能、除油清洗功能、防腐功能、易稀释特点。脱模剂：一种介于模具和成品之间的功能性物质，是防止橡胶、塑料、弹性体或其他材料的模制品、层压制品等粘结到模具或其他板面，起易于脱离作用的一类加工助剂。粘合剂:是具有粘性的物质，借助其粘性能将两种分离的材料连接在一起。一.乳液聚合乳液聚合乳液聚合的定义：的定义：乳液聚合是单体和水在乳化剂的作用下配制成的乳液聚合是单体和水在乳化剂的作用下配制成的乳状液中进行的聚合，体系主要由单体、水、乳化剂乳状液中进行的聚合，体系主要由单体、水、乳化剂及水溶性引发剂四种成分组成。及水溶性引发剂四种成分组成。1.乳液聚合的基本原理q如果在水相中加入超过一定数量（如果在水相中加入超过一定数量（临界胶束浓度临界胶束浓度）的乳）的乳化剂，经搅拌后形成乳化液体，停止搅拌后化剂，经搅拌后形成乳化液体，停止搅拌后不再分层不再分层，此种现象称为乳化现象，此种稳定的非均相液体即是乳此种现象称为乳化现象，此种稳定的非均相液体即是乳状液。状液。简单的乳状液通常分为两大类。习惯上将不溶于水的有机物称油，将不连续以液珠形式存在的相称为内相，将连续存在的液相称为外相。1.水包油乳状液2.油包水乳状液 用O/W表示。内相为油，外相为水，这种乳状液能用水稀释，如牛奶等。用W/O表示。内相为水，外相为油，如油井中喷出的原油。1、乳状液稳定的条件乳状液稳定的条件（1）乳化剂使分散相和分散介质的表面张力降低乳化剂使分散相和分散介质的表面张力降低q 以以表表面面活活性性剂剂作作为为乳乳化化剂剂时时，乳乳化化剂剂使使分分散散相相和和分分散散介介质质的的界界面面张张力力降降低低,使使液液滴滴和和乳乳胶胶粒粒的的自自然然聚聚集集的的能能力力大大大大降降低低,因因而而使使体体系系稳稳定定性性提提高高。但但这这样样仅仅使使液液滴滴和和乳乳胶胶粒粒有有自自聚聚集倾向，而不能彻底防治液滴之间的聚集。集倾向，而不能彻底防治液滴之间的聚集。例如将鱼肝油分散在浓度为例如将鱼肝油分散在浓度为2的肥皂水中，其界面自由能的肥皂水中，其界面自由能比纯水降低了比纯水降低了90以上。以上。乳状液稳定的条件乳状液稳定的条件乳状液稳定的条件乳状液稳定的条件（2）离子型乳化剂的双电层静电排斥作用离子型乳化剂的双电层静电排斥作用q 双电层是建立了静电力和扩散双电层是建立了静电力和扩散力之间的平衡。由于乳胶粒表面带力之间的平衡。由于乳胶粒表面带有电荷，故彼此之间存在静电排斥有电荷，故彼此之间存在静电排斥力。力。而且距离越近排斥力越大，使而且距离越近排斥力越大，使乳胶粒难以接近而不发生聚集，从乳胶粒难以接近而不发生聚集，从而使乳状液具有稳定性。而使乳状液具有稳定性。带负电的乳胶粒双电层示意图带负电的乳胶粒双电层示意图 +_+_乳胶粒乳胶粒固定层固定层 吸附层吸附层 乳状液稳定的条件乳状液稳定的条件（3）空间位阻的保护作用空间位阻的保护作用 q 乳化剂使液滴或乳胶粒周围形乳化剂使液滴或乳胶粒周围形成有一定厚度和强度的水合层，起成有一定厚度和强度的水合层，起空间位阻的保护作用空间位阻的保护作用 。这种空间位。这种空间位阻的保护作用阻碍了液滴或乳胶粒之阻的保护作用阻碍了液滴或乳胶粒之间的聚集而使乳状液稳定间的聚集而使乳状液稳定 具有空间位阻作用的水合层示意图具有空间位阻作用的水合层示意图乳胶粒乳胶粒 影响乳状液稳定的因素影响乳状液稳定的因素q 当乳状液中加入一定量的电解质后，液相中离子浓度增加，在吸当乳状液中加入一定量的电解质后，液相中离子浓度增加，在吸附层中异性离子增多，电中和的结果是使动电位下降，双电层被压缩。附层中异性离子增多，电中和的结果是使动电位下降，双电层被压缩。当电解质浓度达到足够浓度时，乳胶粒的动电位降至临界点以下，乳当电解质浓度达到足够浓度时，乳胶粒的动电位降至临界点以下，乳胶粒之间的吸引力由于排斥力的消失而体现出来，使体系出现破乳和胶粒之间的吸引力由于排斥力的消失而体现出来，使体系出现破乳和凝聚现象。凝聚现象。离子型乳化剂形成的乳状液其电解质稳定性差。离子型乳化剂形成的乳状液其电解质稳定性差。（1）电解质的加入）电解质的加入 影响乳状液稳定的因素影响乳状液稳定的因素（2）机械作用）机械作用 （3）冰冻）冰冻 （4）长期存放）长期存放 q 当机械作用能量超过聚集活化能时，乳胶粒就彼此产生凝聚。当机械作用能量超过聚集活化能时，乳胶粒就彼此产生凝聚。非离子型乳化剂形成的乳状液其机械稳定性差；非离子型乳化剂形成的乳状液其机械稳定性差；q 由于冰晶的继续增长而被覆盖在下面的乳状液一方面受到机械由于冰晶的继续增长而被覆盖在下面的乳状液一方面受到机械压力，一方面水的析出时乳状液体系内电解质浓度升高，直至最压力，一方面水的析出时乳状液体系内电解质浓度升高，直至最后造成破乳。后造成破乳。2.乳液聚合机理q分散阶段（聚合前段）分散阶段（聚合前段）分散阶段乳液状态示意图分散阶段乳液状态示意图MMMMMMM1m增容胶束增容胶束胶束胶束单体液滴单体液滴 乳液聚合机理q乳胶粒生成阶段（聚合乳胶粒生成阶段（聚合段）（单体转化率达到段）（单体转化率达到101020%20%）乳胶粒生成阶段乳液状态示意图乳胶粒生成阶段乳液状态示意图MMR*M/PMM1m乳胶粒乳胶粒 乳液聚合机理q乳胶粒长大阶段（聚合乳胶粒长大阶段（聚合段）（单体转化率达到段）（单体转化率达到2060）乳胶粒长大阶段乳液状态示意图乳胶粒长大阶段乳液状态示意图MR*M/PMM7)(使用条件：使用条件：pH7)表面活性剂的类型阳离子阳离子型型研究的最为广泛，研究的最为广泛，主要研究为季铵盐型表主要研究为季铵盐型表面活性剂面活性剂阴离子型阴离子型包含磷酸盐、羧酸盐、硫酸盐和磺酸盐包含磷酸盐、羧酸盐、硫酸盐和磺酸盐4 4种种类型类型非离子型非离子型一般是从糖类化合物衍生而来一般是从糖类化合物衍生而来 两性离子两性离子双子表面活性剂双子表面活性剂A.阳离子表面活性剂阳离子型表面活性剂阳离子型表面活性剂 最重要的是含氮的表面活性剂。目前对阳离子型最重要的是含氮的表面活性剂。目前对阳离子型双子表面活性剂研究较多也是含氮原子的，而且主要双子表面活性剂研究较多也是含氮原子的，而且主要是是季铵盐型季铵盐型表面活性剂。这是因为它表面活性剂。这是因为它生物降解性好，生物降解性好，毒性小，性能卓越。毒性小，性能卓越。TM 结构式结构式例如：例如：B.阴离子表面活性剂阴离子型表面活性剂阴离子型表面活性剂是溶液聚合中使用最广泛的乳化剂。是溶液聚合中使用最广泛的乳化剂。由于阴离子型乳化剂外层具有静电荷，所由于阴离子型乳化剂外层具有静电荷，所以其机械稳定性好，化学稳定性差。以其机械稳定性好，化学稳定性差。种类种类较多，大多数专利文献报道的内容属此类，较多，大多数专利文献报道的内容属此类，并已有工业化产品供应。并已有工业化产品供应。从报道的化合物结构来看，主要分为从报道的化合物结构来看，主要分为磷酸磷酸盐、羧酸盐和磺酸盐型盐、羧酸盐和磺酸盐型。阴离子表面活性剂双烷氧基双磷酸盐双烷氧基双磷酸盐 表面活性剂表面活性剂二聚体磺酸盐阴离子二聚体磺酸盐阴离子Gemini 表面活性剂表面活性剂二聚体羧酸盐阴离子二聚体羧酸盐阴离子Gemini 表表面活性剂面活性剂举例：举例：C.非离子表面活性剂近年来，近年来，阳离子阳离子 表面活表面活性剂和性剂和阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂研究较多，而非研究较多，而非离子表面离子表面活性剂活性剂研究的相对较少。研究的相对较少。右图是以十二酸为原料制右图是以十二酸为原料制备的一种非离子备的一种非离子 表面活表面活性剂性剂非离子非离子 Gemini 表面活性剂表面活性剂 乳液聚合物料体系3.3.引发剂引发剂根据生成自由基的机理可将用于乳液聚合的引发剂分为二大类：根据生成自由基的机理可将用于乳液聚合的引发剂分为二大类：热分解引发剂；热分解引发剂；氧化还原引发剂体系（低温乳液聚合）；氧化还原引发剂体系（低温乳液聚合）；热热分分解解引引发发剂剂包包括括无无机机的的和和有有机机的的过过氧氧化化物物，水水溶溶性性较较好好的的一般为无机过氧化物。如过硫酸钾一般为无机过氧化物。如过硫酸钾K2S2O8 常常用用的的还还原原剂剂有有亚亚硫硫酸酸盐盐、甲甲醛醛化化亚亚硫硫酸酸氢氢盐盐、硫硫代代硫硫酸酸盐盐、连二亚硫酸盐、亚硝酸盐和硫醇等连二亚硫酸盐、亚硝酸盐和硫醇等 乳液聚合物料体系4.4.分散介质分散介质 水的纯度水的纯度 一般要求使用电阻率在一般要求使用电阻率在106.cm以上的去离子水。以上的去离子水。水油比水油比 乳液（温度）稳定性乳液（温度）稳定性设备利用率设备利用率 水的用量通常为单体的水的用量通常为单体的6030 。低温冷冻剂低温冷冻剂 最最常常用用的的抗抗冷冷冻冻剂剂有有二二类类：一一类类是是非非电电解解质质冷冷冻冻剂剂，如如醇醇类类和二醇类等；另一类是电解质冷冻剂，如无机盐。和二醇类等；另一类是电解质冷冻剂，如无机盐。四.乳液聚合影响因素q乳液聚合的影响因素乳液聚合的影响因素1、乳化剂的影响（种类和数量）乳化剂的影响（种类和数量）乳乳化化剂剂的的种种类类不不同同，其其乳乳胶胶束束稳稳定定机机理理，临临界界胶胶束束浓浓度度CMC、胶胶束束大大小小及及对对单单体体的的增增容容度度亦亦各各不不相相同同，从从而而会会对对乳乳胶胶粒粒的的稳稳定定性、直径、聚合反应速度和聚合物分子量产生不同的影响。性、直径、聚合反应速度和聚合物分子量产生不同的影响。乳乳化化剂剂的的浓浓度度对对乳乳液液聚聚合合得得到到的的分分子子量量 有有直直接接影影响响例例如如：乳乳化化剂剂浓浓度度越越大大，胶胶束束数数目目越越多多，链链终终止止的的机机会会小小，链链增增长长的的时时间间长长，故此时乳液聚合得到的分子量很大。故此时乳液聚合得到的分子量很大。乳液聚合的影响因素2、操作方式的影响操作方式的影响 各种操作的加料方式、加料次序和加料速度的不同，会很大各种操作的加料方式、加料次序和加料速度的不同，会很大程度地影响到乳液聚合产品的微观性能（如：粒子的形态、粒径程度地影响到乳液聚合产品的微观性能（如：粒子的形态、粒径及其分布、分子量及其分布、凝聚含量、支化度等）。从而导致及其分布、分子量及其分布、凝聚含量、支化度等）。从而导致乳液的宏观物性（如：乳液粘度、增稠效果、胶膜的物理机械性乳液的宏观物性（如：乳液粘度、增稠效果、胶膜的物理机械性能等）存在很大差异。能等）存在很大差异。乳液聚合产品，丁苯橡胶、氯丁橡胶等用量较大的聚合物品乳液聚合产品，丁苯橡胶、氯丁橡胶等用量较大的聚合物品种采用连续操作，而绝大多数都是采用单釜间歇操作或半间歇种采用连续操作，而绝大多数都是采用单釜间歇操作或半间歇（或半连续）操作。（或半连续）操作。乳液聚合的影响因素3、搅拌强度的影响搅拌强度的影响 在乳液聚合中，搅拌的一个重要作用是把乳胶粒、（增溶）在乳液聚合中，搅拌的一个重要作用是把乳胶粒、（增溶）胶束、单体液滴等分散体分散，并有利于传热传质。胶束、单体液滴等分散体分散，并有利于传热传质。对于机械稳定性差的乳化剂搅拌产生的高剪切会使乳液产生对于机械稳定性差的乳化剂搅拌产生的高剪切会使乳液产生凝胶，甚至导致破乳。因此对乳液聚合来说，搅拌在保证分散、凝胶，甚至导致破乳。因此对乳液聚合来说，搅拌在保证分散、传热、传质的情况下，搅拌强度不宜过高。传热、传质的情况下，搅拌强度不宜过高。桨叶端速桨叶端速 240米米/分分乳液聚合的影响因素4、温度的影响温度的影响 乳液聚合和其它聚合方法进行的自由基聚合有相似的一面，温乳液聚合和其它聚合方法进行的自由基聚合有相似的一面，温度升高将使聚合物的平均分子量降低。度升高将使聚合物的平均分子量降低。但是乳液聚合又有其特殊的情况：反应温度升高，使乳胶粒的但是乳液聚合又有其特殊的情况：反应温度升高，使乳胶粒的数目增多，粒径减小，从而导致聚合物平均分子量增加。数目增多，粒径减小，从而导致聚合物平均分子量增加。实际的操作以上二种因素会同时存在，对聚合物平均分子量的实际的操作以上二种因素会同时存在，对聚合物平均分子量的影响要看以上二种因素竞争的结果。影响要看以上二种因素竞争的结果。另外，当温度升高时，亦会导致乳液稳定性下降。另外，当温度升高时，亦会导致乳液稳定性下降。五.我们公司目前产品丙烯系列乳液聚合物的分类按产品用途可以分为：内墙乳液、外墙用乳液、弹性乳液、防水乳液、封闭乳液等；按原材料组成分：苯丙乳液：由苯乙烯和丙烯酸（或甲基丙烯酸）酯类及其他功能单体聚合而成的乳液。如：816，818，8420等。纯丙乳液：由丙烯酸（或甲基丙烯酸）酯类及其他功能单体聚合而成的乳液。如：960，961，985等。醋丙乳液：由醋酸乙烯酯和丙烯酸（或甲 基丙烯酸）酯类及其他功能单体聚合而成的乳液。如：358，363。醋叔乳液：由醋酸乙烯酯、丙烯酸（或甲基丙烯酸）酯叔碳酸乙烯酯及其他功能单体聚合而成的乳液,如：328。硅丙乳液：由有机硅单体与苯乙烯、丙烯酸（或甲基丙烯酸）酯及其他功能单体聚合的乳液。有机硅单体的量占单体总量不少于5%。如：998AD氟碳乳液：由含氟单体与丙烯酸（或甲基丙烯酸）酯及其他功能单体聚合而成的乳液。氟元素含量不少于6%。如：998FA六.乳液的基本性能1、化学稳定性（钙稳）化学稳定性是指乳液对添加的化学药品的稳定性。对分散液具有很大破坏力的化学药品大都是水溶性的，可分为电解质和非电解质两类，前者一般是无机盐类，后者一般是极性有机化合物。在实用上多数是指添加电解质的稳定性问题，因此从狭义上来说是指电解质稳定性。检测方法通常用5%CaCl2进行检测.于1 h、24 h、48 h后观察，如发生分层，沉淀、絮凝等现象，即认为不合格。乳液的基本性能2、机械稳定性机械稳定性是指乳液在经受机械操作时的稳定性。因为在制备涂料过程中，要经泵送、搅拌及涂装时的喷涂等操作，因此乳液及其涂料要经受得住机械操作。乳液的基本性能3、冻融稳定性由于乳液体系主要由单体、水、乳化剂及溶于水的引发剂等基本组分组成，其中有一半组成是水，乳液及由其配制的涂料在很多情况下要被暴露于冻结的条件下，当聚合物乳液遇到低温条件时会发生冻结。冻结和融化会影响乳液的稳定性，轻则造成乳液表观粘度上升，重则造成乳液的凝聚。冻融稳定性即是指乳液经受冻结和融化交替变化时的稳定性。乳液的基本性能4、贮存稳定性：是指贮存期间乳液发生变质的难易程度。包括因受重力影响粒子沉降或上浮形成浓缩层以及浓缩层是否凝集的稳定性、聚合物粒子对水解等化学变化的稳定性。乳液的基本性能5、稀释稳定性稀释稳定性是指乳液加水稀释后的稳定性.在10 ml带有刻度的试管中，用漏管加入2 ml乳液，然后用滴管加入8 ml无离子水，充分摇匀后放置在试管架上，分别于24 h、48 h后观察有无分层、分水、沉淀发生，不发生上述现象即为通过。乳液的基本性能6、最低成膜温度(MFFT)MFFT是指乳液薄膜在温度条件合适时,随水份蒸发聚合物乳液粒子充分融结成连续透明薄膜时的温度即为MFFT.MFFT过高会造成龟裂现象,可加入成膜助剂进行调节.乳液的基本性能7、玻璃化温度(Tg)热塑性树脂有三态：玻璃态脆性态（冬天塑性硬状态）弹性态可弯曲及拉伸的状态（夏天塑料软状态）粘流态可流动的状态（塑料挤出成形时被融化状态）玻璃化温度(Tg)是指高聚物由弹性状态转变为玻璃态的温度.乳液的基本性能8、粘度：液体流层状态下，垂直于层流方向的 剪切力与剪切速度的比值。如搅拌两种液体，以同样速度搅拌，所需的力越大，则说明液体 粘度越高，以同样的力搅拌所能达到的速度越慢则粘度越的。乳液的基本性能9、乳液粒径:分散在水中的聚合物的直径。d课后习题1.乳液聚合概念？2.我们公司乳液产品的分类?3.乳液聚合的物料组成？4.乳液有哪些基本性能？乳液的基本性能10、外观：乳液在空皿中用肉眼观察所处的状态及色相。11、PH值：乳液中氢离子浓度（摩尔浓度）的负对数值，代表乳液的酸碱度，PH越高碱性越大，反之酸性越大。12、固含:在规定条件下，不挥发物的百分比。