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苯丙乳液是苯乙烯、丙烯酸酯类、丙烯酸三元共聚的乳液，常为乳白色略泛蓝光的粘稠液体。苯丙乳液作为重要的中间产品或原料其用途非常广泛，主要用于建筑涂料、金属表面乳胶涂料、地面涂料、防火涂料、水性上光油等 引。当前，粒径为几十纳米的微乳液的研发成为研究热点 引。与传统的乳液相比，微乳液具有渗透能力、稳定性高等优点 ¨。本文选用苯乙烯作为硬单体，丙烯酸丁酯作为软单体，丙烯酸作为功能性单体，采用预乳化的半连续加料方式进料，对苯丙微乳液聚合工艺展开了研究，对聚合工艺参数进行了优化。
1 实验部分
1．1 试剂与仪器
苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸、十二烷基硫酸钠(SDS)、乳化剂OP一10、过硫酸钾(KPS)均为分析纯；氨水(NH 含量25％)。Master Sizer 2000型激光粒度分析仪；NDJ-79型旋转粘度计。
1．2 聚合反应
将一定量的乳化剂SDS、OP一10与去离子水加入三口烧瓶中搅拌溶解，预加部分St、BA和丙烯酸混合单体形成预乳液。约40 min后，加人少量的引发剂，待体系呈淡蓝色，同时烧瓶壁上的回流停止时，将剩余混合单体和引发剂以一定速度连续滴加到聚合体系中，单体的滴加时间控制在2—3 h。最后升温至9O℃保温1 h。将所合成的初级胶乳控温在60～70℃，将一定量氨水快速滴入胶乳体系中，使胶乳的pH值保持在8．5左右，随后高速剪切5 min，至室温出料。
2 结果与讨论
2．1 St／BA的影响
硬单体st使涂膜具有一定的硬度和强度，且具有一定的光泽；而软单体BA使涂膜具有一定的成膜性与柔韧性¨J。因此，2种主单体的配比St／BA对于苯丙乳液的性能起到关键作用。表1给出了不同St／BA对乳液的涂膜陛能的影响，反应条件为：反应温度80℃，乳化剂质量百分数为5％ ，SDS：OP—10(质量比)为1：1，丙烯酸质量百分数为2％ ，引发剂质量百分数0．4％ ，油水比为1。
表1 不同St／BA对乳液涂膜性能的影响
由表1可知，当St：BA为0．7时，涂膜较软并且发粘，说明软单体BA过量；当St：BA(质量比)为0．9—1．0时，涂膜性能较好；继续提高St：BA比例，涂膜的附着力开始下降变得较脆。综合考虑，较佳的单体投料比St：BA(质量比)为0．9—1．0。
2．2 乳化剂用量的影响
在乳液聚合体系中，乳化剂的作用是使聚合物乳液保持稳定，使水相和油相形成乳状液，使不溶于水或者微溶于水的油相与水相形成稳定的分散系统。乳化剂的种类和用量是影响乳液稳定性、涂膜的力学性能、胶粒粒径及粒径分布等的重要因素。本研究采用阴离子型乳化剂(SDS)和非离子型乳化剂(OP一10)组成的复合型乳化剂，乳化剂配比SDS：OP-10(质量比)为1：1。表2给出乳化剂用量对乳液稳定性的影响。反应条件为：反应温度80ºc，St：BA(质量比)为0．9，SDS：OP-10(质量比)为1：1，丙烯酸质量百分数2％ ，引发剂质量百分数0．5％ ，油水比为1。
表2 乳化剂用量对乳液性能的影响
由表2可知，乳化剂用量较少时，乳液体系出现了较多凝聚物，因为乳化剂的含量太低时，聚合形成的胶束较少，即乳化剂不能将乳胶粒完全包裹，乳液不稳定。当乳化剂的用量超过4％ 时，乳液的凝聚物明显减少。乳化剂的用量对乳液粒径、粘度影响较大，而对固含量的影响则较小。随着乳化剂用量的增大，乳液粒径逐渐减小，聚合体系稳定。当乳化剂含量达到8％时，虽然聚合过程仍可进行，但是乳液体系粘度变得很大，反应过程中会产生泡沫现象。此外，乳化剂用量过高时，聚合反应速度加快，反应不容易控制，造成乳液质量下降。综合考虑，选择乳化剂用量为5％左右为宜。
2．3 引发剂用量的影响
引发剂是乳液聚合配方中的重要组分之一，引发剂的种类和用量会直接影响聚合反应的最终转化率和乳液的稳定性。本研究采用过硫酸钾(KPS)作为聚合反应的引发剂，考察了KPS用量对乳液聚合反应转化率与胶粒粒径的影响，其中转化率采用固含量法计算，转化率(％)=(固含量一不挥发组分量)／单体的总含量，结果见图1。反应条件为：反应温度80 qC，St：BA(质量比)为0．9，乳化剂质量百分数为5％，SDS：OP一10(质量比)为1：1，丙烯酸质量百分数为2％，油水比为1。
由图l可知，引发剂用量过低，则单体的转化率较低；随着引发剂用量的增多，单体的转化率升高。这是因为引发剂用量较少时，乳液体系胶粒获得自由基的概率较低，这样参加反应的胶粒数目不多，因而转化率较低。随着引发剂的用量的增加，自由基的数目增加，反应速率随之增加，单体转化率提高。当引发剂的用量为0．4％ 一0．7％时，单体的转化率基本上趋于稳定；当引发剂用量为0．4％ 一0．6％时，乳液的胶粒的平均粒径稳定在70 nm左右。继续增加引发剂用量，胶乳粒子的粒径增大，这是由于引发剂用量的增加，使得聚合反应的稳定性变差，出现了微量的凝聚物。因此，引发剂的最佳用量为0．4％ 一0．6％ 。
2．4 丙烯酸用量的影响
仅由软硬单体聚合而成的苯丙乳液往往存在各种缺点。通常，在聚合过程中加入一定量的带有羧基、羟基等官能团的单体，作为功能性单体，可以使乳液性能有所改善，如耐水性、耐碱性、耐候性等。在苯丙胶乳的聚合反应中，丙烯酸作为功能性单体被广泛使用，丙烯酸含量对于乳液性能的影响见图2。反应条件为：反应温度80℃ ，St：BA(质量比)为0．9：1，乳化剂质量百分数为5％ ，SDS：oP一10(质量比)为1：1，引发剂质量百分数为0．6％ ，油水比为1。
由图2可知，当丙烯酸用量从0增加至4％ 的过程中，乳胶颗粒的平均粒径逐渐减小，乳液的粘度逐渐增大；当丙烯酸用量达到5％ ，聚合体系的粘度变得更大，并产生大量气泡，乳胶颗粒平均粒径开始有所增大，同时稳定性变差。可能的原因是丙烯酸的亲水性较强，过多的丙烯酸破坏了乳化剂的亲水亲油平衡，降低了乳液的稳定性。综合以上各因素确定丙烯酸的最佳用量为2％ 一3％ 。
2．5 反应温度的影响
反应温度是影响聚合反应的重要因素，反应温度对聚合的影响见表3。反应条件为：St：BA(质量比)为0．9：1，乳化剂质量百分数为5％ ，SDS：OP一10(质量比)为1：1，引发剂质量百分数为0．6％ ，丙烯酸质量百分数为3％ ，油水比为1
由表3可知，反应温度低于70℃ 时，往往不能使单体完全转化，表现为单体的气味较重。随着反应温度升高，引发剂分解速度加快，从而使自由基生成速率增加，可以缩短反应时间。但是温度达到90℃时，由于温度过高，热量不能及时传递，使反应难以控制引起暴聚。故反应温度控制在80℃左右为宜。
3 结束语
以st和BA为共聚单体，采用乳液聚合的方法直接合成了高性能苯丙微乳液。当St：BA(质量EL)为0．9～1．0时，乳液涂膜性能较好；阴离子型乳化剂SDS和非离子型乳化剂OP．10组成的复合型乳化剂的最佳用量为5％，较佳引发剂的用量为0．4％ 一0．6％ ；功能性单体丙烯酸的加人有效的降低了胶乳的平均粒径，适宜的丙烯酸用量为2％ 一3％；对于该聚合反应而言，适宜的反应温度为8O℃左右。
