3.4 引发剂用量对聚合乳液的影响

　　引发剂是乳液聚合配方中最重要的组分之一，引发剂的种类和用量直接影响产品的产量和质量，并影响聚合反应速率和乳液聚合过程，对所采用的引发剂有着特殊的要求[9]。

　　本论文采用过硫酸铵为引发剂，过硫酸铵（APS）有比过硫酸钾（KPS）更好的溶解性。过硫酸铵在水相中受热分解产生自由基，当APS用量过小时，引发的自由基少，聚合反应慢，聚合不完全，导致单体转化率低；另一方面，引发剂分解，形成离子“碎片”，在乳液粒子表面起稳定作用，当离子“碎片”较少，粒子表面电位下降，致使粒径增大甚至相互粘结，乳液体系遭到破坏[10]。当APS 用量加大时，体系中自由基数目增多，聚合速率加快，体系粘度上升，成核粒子数目增多，乳液粒径减小，反应热难以排出，乳液容易产生暴聚；另一方面引发剂用量过大时，容易使乳液聚合过程的稳定性降低，凝胶增大，主要是因为过量的引发剂和乳化剂起到了电解质的作用。因此引发剂用量的选择必须适量，过多或过少都会影响聚合乳液的性能。APS的用量一般为单体的0.2%～0.8%，本论文中选择引发剂为单体的0.5%，得到了综合性能良好的苯丙乳液，其单体转化率达98%以上，产生的凝胶量少，乳液稳定，粒径较小。故选择引发剂用量为0.5%。

　　3.5 苯乙烯用量的影响

　　3.5.1 苯乙烯用量对乳液性能的影响

　　固定乳化剂用量2.5%、引发剂用量0.5%，保持BA、EA、AA等的用量不变，在相同的聚合温度及聚合反应时间下通过调节不同的MMA/St配比（质量比）合成聚合乳液，所得乳液的各项测试指标见表1。

　　表1 苯乙烯用量对乳液性能的影响

　　由表1 可见，随着苯乙烯含量的增加聚合乳液的稳定性降低，产生的凝胶量增加，凝聚率呈现上升的趋势，苯乙烯完全取代甲基丙烯酸甲酯时产生的凝胶量最多，凝胶率可达2.82%。伴随着乳液稳定性的降低，单体的转化率也随着苯乙烯含量的增加而降低，之所以产生这些变化主要是受单体在共聚物中的溶解性、单体的相容性、亲水性以及分子量等因素的影响[11]。纯丙乳液中丙烯酸乙酯与甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸丁酯的相容性好，三者共聚的链结构均匀，乳液稳定，而苯乙烯与丙烯酸酯类单体的相容性稍差，势必影响单体转化率及聚合乳液的稳定性；同时苯乙烯单体在水中溶解度很小，只有0.027%（25℃）[12]，而MMA 为1.5%，也直接影响了聚合乳液的稳定性及单体转化率。从表1中还可得知聚合乳液的粒径随着苯乙烯含量的增加而上升，苯乙烯完全取代甲基丙烯酸甲酯时乳液粒径可达到600nm以上，这是由于随着St用量的增加，MMA相应减少，水相成核几率减小，乳胶粒数目减小、粒径增大；此外苯乙烯参与共聚降低了聚合物乳胶粒的水溶性，需要较多的乳化剂来稳定乳胶粒，相当于乳化剂效率降低，导致乳胶粒数目减小，从而粒径增大。当MMA/St=6：4时，苯丙乳液的粒径较小，转化率高，产生的凝胶量少，为较优的组合。

　　3.5.2 苯乙烯用量对涂膜吸水率的影响

　　将合成的不同MMA/St配比的苯丙乳液经真空烘箱烘干，采用称重法测定其涂膜吸水率，测试结果见图5。

　　图5 苯乙烯含量对涂膜吸水率的影响

　　由图5 可见，随着苯乙烯含量的增加，乳液的涂膜吸水率降低，且随着苯乙烯含量的逐渐增大，涂膜吸水率变化趋缓。当MMA/St=6：4即苯乙烯取代40%的甲基丙烯酸甲酯时，涂膜的吸水率可降到21%左右，而纯丙乳液的涂膜吸水率达到40%甚至更高。因此通过苯乙烯改性丙烯酸酯乳液，引入疏水性较强、水汽透过率低的苯基，可显著降低丙烯酸酯乳液的涂膜吸水率，大大改善纯丙乳液的耐水性。

　　3.5.3 苯乙烯对乳液耐热性的影响

　　将合成出的纯丙乳液及苯丙乳液经真空烘箱干燥成膜后，采用TG 209F1热重分析仪测试，N2气氛下，升温速率20k/min，其热失重曲线如图6所示。

　　图6 纯丙与苯丙的TG曲线

　　由图6 可知，苯乙烯改性的丙烯酸酯乳液耐热性较纯丙乳液有所提高，纯丙乳液的的起始失重温度在388.955℃，而苯丙乳液的起始失重温度为392.076℃，这是由于苯乙烯链段的引入，可使主链变得僵硬，刚性增大[13]，抑制了聚合物分子的运动，从而提高了聚合物的耐热性。