聚丙烯酸酯乳液的聚合工艺与制备
摘要：聚丙烯酸酯无皂乳液因其良好的成膜性能和耐水性能而被广泛应用，本文主要对丙烯酸酯乳液的聚合工艺、技术进展及研究现状进行了综述。
关键词：丙烯酸酯；无皂乳液；聚合工艺
近年来，随着全球环境污染引起的问题越来越严重，涂料行业的环保问题得到公众的广泛关注与重视，水性涂料己成为涂料行业朝环保方向发展的一个重要而有效的途径，其中尤以建筑涂料发展最为迅速。乳液是建筑涂料中最重要的一种成膜基料，它一般是在乳化剂存在下，通过乳液聚合方法合成的[1-2]。虽然乳液属于环保型水性树脂，有机溶剂含量极低，但在乳液聚合时必须加入乳化剂，以提高乳液的稳定性，而乳化剂分子量小，容易迁徙到涂膜表面，影响乳液成膜后的附着力、耐水性、耐候性和耐沾污性，同时大量乳化剂的使用还会造成严重的环境污染[3]。
丙烯酸酯乳液具有优异的耐候性、保光保色性和耐化学品性，在建筑涂料中使用非常广泛，但由于小分子乳化剂的影响，降低了乳液成膜后的耐水性和机械性能等，使得乳液在应用上受到限制，尤其是目前外墙建筑涂料的性能要求不断提高，传统的丙烯酸醋乳液己不能满足外墙涂料的要求。为此人们开始运用新工艺或通过改性的方法提高乳液的性能，同时降低小分子乳化剂的用量[4]。比如采用无皂乳液聚合方法，由于无皂乳液中不含小分子乳化剂，聚合物表面憎水性增强，可大大提高乳液的耐水性和机械性能，同时减少环境污染，拓展了丙烯酸酯乳液的应用范围和领域[5]。
1、传统乳液聚合
乳液聚合技术最早见于文献的是德国Bayer公司的H. Hofman始于1909年的研究工作，他在专利中公布了烯类单体以水乳液的形式聚合的研究成果。乳液聚合是由单体和水在乳化剂作用下配制成的乳状液中进行的聚合,体系主要由单体、水、乳化剂及溶于水的引发剂四种基本成分组成。一般乳液聚合主要分三个阶段，即乳胶粒生成阶段、乳胶粒长大阶段和聚合反应完成阶段[4]。乳液聚合过程中聚合反应发生在分散水相内的乳胶粒中，虽然在乳胶粒内部粘度很大，但由于连续相是水，使得整个体系的粘度并不高，而且在反应过程中体系的粘度变化也不大。在这样的体系中，由内向外传热就很容易，不会出现局部过热，更不会暴聚。同时像这样的低粘度体系容易搅拌，便于管道输送，容易实现连续化操作。此外乳液聚合体系乳胶粒中的温度分布比悬浮聚合体系珠滴中的温度分布要均匀的多。在乳液聚合中,自由基链的平均寿命比用其它聚合方法时要长,自由基有充分的时间增长到很高的分子量。另外,在乳液聚合体系中有着巨大数量的乳胶粒,其中封闭着巨大数量的自由基进行链增长反应,自由基的总浓度比其它聚合过程要大,因此,乳液聚合过程比其它聚合过程的反应速率要高。聚合速率大,同时分子量高,这是乳液聚合的一个重要特点。此外,大多数乳液聚合过程都以水作为介质,避免了使用昂贵的溶剂以及回收溶剂的麻烦,同时减少了引起火灾和污染的可能性[6]。
然而传统乳液聚合有一个缺点，即在乳液聚合中要使用乳化剂，而普遍使用的低分子或常规乳化剂一般都具有较强的吸水性以及易絮凝的缺点，从而对乳液涂膜的耐水性能产生较大的影响。同时，在聚合物乳液的使用中，一般不会去除乳化剂，但乳化剂的分子量一般都远远小于聚合物的分子量，、而小分子的存在将对聚合物产生了不可避免的负面影响。如对乳液涂膜产生增塑效应，影响了涂膜的强力以及透明性。如果要去除乳化剂分子，又需经过许多繁琐的步骤，造成人力、财力和物力的浪费。这些，都不同程度的限制了乳液聚合以及聚合物乳液的应用[7]。
2、乳液聚合工艺[6]
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