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    2. 乳化原理---用最簡單的語言講清,奠定理解水性涂料的基礎

      2023-11-20 10:06:37

      水性涂料

      乳液

      乳化


      這些詞語在市場上越來越重要,今天就用簡單的語言將“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行的聚合反應。


      它有如下特點:

      • 聚合速度快,聚合物相對分子質量高,相對分子質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分子質量無關,因此

      固含量可以很高,可直接用于涂料。

      • 聚合反應溫度低,傳熱易于控制。但是因聚合反應中加有乳化劑,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,○表示親水性基團,少量乳化劑加入分層的單體和水中時,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合,因此可以使分散體系穩定,單體在水中可以分散得很細,主要不是由于攪拌,而是因為表面活性劑降低了水的表面張力,因而增加了對單體的分散能力。

      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),這是一個規律。當水的表面張力降至低于單體時,水就可包圍單體形成水包油的乳液。

      在不加乳化劑時,表面張力大小有如下順序:


      汞>水>醇>苯>汽油


      因此當苯水混合時,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一定的濃度自身就成為膠束,膠束是由50~100個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

      圖片


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

      一般說來,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??山档虲MC,這是提高乳化能力的一個方法。


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