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乳化原理---用最簡(jiǎn)單的語(yǔ)言講清,奠定理解水性涂料的基礎(chǔ)

2023-11-20 10:06:37

水性涂料

乳液

乳化


這些詞語(yǔ)在市場(chǎng)上越來(lái)越重要,今天就用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言將“乳化”原理講講清楚。


乳液聚合是單體在攪拌和乳化劑作用下,在水中形成乳液而進(jìn)行的聚合反應(yīng)。


它有如下特點(diǎn):

  • 聚合速度快,聚合物相對(duì)分子質(zhì)量高,相對(duì)分子質(zhì)量分布較溶液聚合的

  • 生成的乳膠黏度低,乳膠的黏度和聚合物的平均相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)關(guān),因此

固含量可以很高,可直接用于涂料。

  • 聚合反應(yīng)溫度低,傳熱易于控制。但是因聚合反應(yīng)中加有乳化劑,聚合物

不純。


除以水為分散相的乳液聚合外,還有以非水介質(zhì)為分散相的,用途最多的是以

水為分散的乳液聚合。


乳化劑或乳化劑體系是乳液聚合本質(zhì)所在

如甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯是不溶于水的單體,加入水中分為兩層,攪拌可以分散成懸浮體系。若加少量乳化劑(即表面活性劑),如十二烷基硫酸鈉,則可得到比懸浮體更細(xì)的乳液。這樣的分散作用叫做乳化作用,乳化劑分子通常由兩部分組成:一部分是親油的長(zhǎng)鏈烷基,另一部分是親水基。

乳化劑中,十二烷基硫酸鈉和十二烷基磺酸鈉是所謂的陰離子表面活性劑,十六烷基三甲基溴化銨等為陽(yáng)離子表面活性劑,壬基酚聚乙二醇醚及多元醇的烷基酯等為非離子表面活性劑。


若以“一”表示乳化劑的親油性基團(tuán),○表示親水性基團(tuán),少量乳化劑加入分層的單體和水中時(shí),就分布于二層之間,如下圖

圖片


如果加以攪拌,則單體分散于水中,分散的單體微粒周圍有乳化劑分子包圍,如下圖所示(用一個(gè)粒子放大表示)。

圖片

由于乳化劑的包圍使分散了的單體不易碰撞而結(jié)合,因此可以使分散體系穩(wěn)定,單體在水中可以分散得很細(xì),主要不是由于攪拌,而是因?yàn)楸砻婊钚詣┙档土怂谋砻鎻埩?,因而增加了?duì)單體的分散能力。

表面張力低的液體總是傾向于覆蓋表面張力大的液體(或固體),這是一個(gè)規(guī)律。當(dāng)水的表面張力降至低于單體時(shí),水就可包圍單體形成水包油的乳液。

在不加乳化劑時(shí),表面張力大小有如下順序:


汞>水>醇>苯>汽油


因此當(dāng)苯水混合時(shí),水成為小珠,但加少量表面活性劑(0.01%)以后,水表面張力可降低一半,因此苯可成小珠分散于水中。不僅如此,乳化劑溶于水中超過(guò)一定的濃度自身就成為膠束,膠束是由50~100個(gè)乳化劑分子組成的集體,直徑在5nm左右。它們可能是棒狀,也可能是球狀,如下圖。

圖片

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乳化劑的乳化能力往往用這個(gè)乳化劑能夠形成膠束的最低濃度來(lái)表示,此最低濃度也叫臨界膠束濃度(簡(jiǎn)稱CMC)。CMC愈小,表示越易成膠束,即乳化能力愈強(qiáng)。形成膠束后,單體就可溶于膠束中,結(jié)果使單體在水中的溶解度增加,這叫做增溶作用。

一般說(shuō)來(lái),陰離子表面活性劑的CMC較低,而非離子表面活性劑的CMC較高。少量的電解質(zhì)??山档虲MC,這是提高乳化能力的一個(gè)方法。


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