近年来,我国喷胶棉工业得到了迅速的发展,产量逐年扩大。乳液型喷胶棉用胶粘剂以其基本上无毒、不污染环境的特点,一直有很大的应用市场。目前,国内各喷胶棉生产企业应用的主要有聚醋酸乙烯、醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚物和全丙乳液等几种产品。聚醋酸乙烯与醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚乳液虽然价格低廉,但存在柔韧性不佳、耐水及耐热性差等缺点。全丙乳液以其优异的综合性能而独占鳌头,但价格较贵。在实际应用中,乳液的粘度、硬度、固含量和稳定性成为主要的指标。本文研究了全丙乳液的最佳合成工艺,测定了各项指标,并在基本不改变乳液性能的前提下,用苯乙烯代替甲基丙烯酸甲酯,以降低成本,预计具有较好的经济效益。
1　　实验部分
1.1 　　仪器、原材料
　　仪器:4只烧瓶、温度计、回流冷凝管、恒压滴液漏斗、电动搅拌机、ＮＤＪ-8Ｓ数字显示粘度计、电热鼓风干燥箱、ＰＥＲＫＪＮ-ＥＬＭＥＲＤＳＣ7型差示扫描仪等。
　　原材料:丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、十二烷基硫酸钠、ＯＰ-10、过硫酸铵、碳酸氢钠、Ｎ-羟甲基丙烯酰胺等均为市售工业品,去离子水。
1.2 　　聚合工艺
　　在装有温度计、搅拌器的4只烧瓶中先加入一定量的去离子水,再加入乳化剂。待乳化剂分散后缓慢地滴加混合单体,在激烈搅拌下进行乳化。然后把乳化液倒出约4/5,加入1/2引发剂,升温至约70℃,保温至物料呈蓝色,此时会出现一个放热高峰。待温度下降后,开始滴加混合乳化液,反应约1.5～2ｈ。滴加完毕继续保温30ｍｉｎ,最后冷却,加入氨水调ｐＨ值至8～9,用100目筛网过滤,得合成乳液。
1.3　　　性能测试
　　1.3.1　粘度的测定 　　 将合成的乳液放置一段时间后,于20℃下用ＮＤＪ-8Ｓ数字显示粘度计测定其粘度。
　　1.3.2　固含量的测定 　　 用高精度电子天平准确称取2～3ｇ乳液,放入110℃的电热鼓风干燥箱中烘至恒重,取出称重,计算固含量。
　　1.3.3　玻璃化转变温度的测定 　　 对于偏软的乳液,放入培养皿中烘去水分制成透明薄膜;而对于偏硬的则刮在玻璃板上制成粉末。然后用ＰＥＲＫＩＮ-ＥＬＭＥＲＤＳＣ7型差示扫描仪测定其玻璃化温度Ｔｇ,升温速率为20℃/ｍｉｎ。
2　　结果与讨论
2.1 　　预乳化和种子乳液聚合工艺的选择
　　在进行连续或半连续乳液聚合时,常选用单体的预乳化工艺。即先加去离子水,再加乳化剂,搅拌、溶解,再将单体液滴缓缓加入,充分搅拌使单体以单体珠滴的形式分散在水中,得到稳定的单体乳状液。其还有如下特点:
　　(1)若不采用预乳化工艺,会产生凝胶或破乳,而预乳化可使体系稳定。
　　(2)如不预乳化而直接滴加乳化剂,则会使乳化剂局部浓度过高,局部产生胶束,导致新乳胶粒生成,使乳胶粒尺寸分布变宽,从而影响乳液的性能。
　　(3)可采用预乳化工艺有效控制乳胶粒的尺寸。
　　(4)使共聚单体混合均匀,有利于乳液聚合正常进行和使共聚组成均一。
　　种子乳液聚合即先制种子乳液,然后在种子乳液的基础上进一步进行聚合,最终得到所需乳液它避免了常规连续乳液聚合过程中很难避免的瞬态现象。瞬态现象是乳液聚合过程的非稳定特性,反应速率出现多次反复波动,因而影响乳胶粒尺寸及粒度分布,也会影响传质、传热和产品质量。但若采用种子乳液聚合,以一定速率向反应器中加入种子乳液,在聚合过程中不再产生新的乳胶粒,这样在反应器内乳胶粒数目不变,故聚合反应速率不变,可使反应平稳地进行。
2.2 　　反应温度的影响
　　温度对聚合反应的进行和乳液的性能有着重要的影响。温度低则反应速度慢,产品转化率低,固含量不高。温度升高,反应速率提高,平均分子量降低,乳胶粒数目增多,直径减小。但温度太高会导致胶粒的布朗运动加速,使乳液稳定性降低。本试验对丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸甲酯的不同质量配比(分别为5∶5、4∶6和3∶7)的各组乳液进行了研究对比结果如表1所示。　

　　

　　　从表1中所列数据可以看出:反应温度为60℃时反应速度很慢,转化率很低,固含量高达44%以上,粘度在0.075～0.110Ｐａ•Ｓ之间,分布略宽。温度在85℃下的固含量比80℃时稍有降低,而70℃时反应常会有少量凝胶出现。另外,本实验还在90℃时进行聚合,因90℃已接近了反应单体和介质水的沸点,所以反应比较剧烈,容易暴聚,不好控制。由此可见,对于全丙乳液,80℃是一较合适的聚合温度,产品固含量最高,粘度适中,适合于实际应用。同时随着混合单体中硬单体含量的增加,乳液的玻璃化温度Ｔｇ也有规律地增加,为实际生产中需要的产品的不同硬度提供了参考配方。
2.3 　　搅拌强度的影响
　　搅拌的一个重要作用就是把单体分散成单体珠滴,并有利于传热和传质。搅拌强度不宜太高,否则会使乳胶粒数目减少、乳胶粒直径增大及聚合反应速率降低,同时会使乳液产生凝胶,甚至破乳。另外,搅拌太强会使混入乳液聚合体系中的空气增多,而空气中的氧是自由基反应的阻聚剂,会使聚合反应速率降低。本试验选择了不同的搅拌速度,经过对比,结果认为搅拌速度为300ｒ/ｍｉｎ较合适。
2.4 　　全丙乳液的改进
　　　　全丙乳液性能优越,但由于原料成本较高,使用量受到限制。苯乙烯作为一种硬单体价格低廉,如果能用其代替较昂贵的甲基丙烯酸甲酯,而又使乳液性能不致下降太多,则可大大降低生产成本。表2是在80℃下不同质量比的丙烯酸乙酯与苯乙烯的共聚乳液的性能指标。

　　
　　
　　对比表2与表1可知,用等质量的苯乙烯代替甲基丙烯酸甲酯,乳液硬度基本不变,同时乳液粘度更加稳定,外观较好,呈蓝色荧光,固含量稍有下降。经天津、河北的喷胶棉制品企业工业试验表明,喷胶棉制成品的色泽、粘结强度、回弹性等指标均满足要求,从而达到了降低成本的目的,为企业带来了较好的经济效益。
3　　结论
　　3.1　采用预乳化工艺和种子乳液聚合法,可得到综合性能优良的全丙乳液;
　　3.2　对于全丙乳液,较合适的聚合温度大约为80℃左右,产品固含量高,粘度适中。
　　3.3　用苯乙烯代替甲基丙烯酸甲酯,乳液硬度基本不变,粘度更加稳定,可降低生产成本,通过工业试验表明满足各技术指标要求。