一步法制备高固含量聚合物乳液的二次成核机理研究

高固含量聚合物乳液在涂料和粘接剂领域具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。一步法制备高固含量乳液的核心是有控制的引发二次成核，即保持二次成核过程中新生成的乳胶粒数量是相对稳定的和重现良好的。而能够实现有控制引发二次成核的原因是由于二次成核时存在"自调节"现象。本项目拟对"自调节"现象的形成机制和演变规律展开研究。主要包括：① 单体、引发剂、表面活性剂的类型、用量和加入方式对总凝聚成核的影响规律；② 单体的水溶性对沉淀成核和絮凝成核的影响规律，及它们对总凝聚成核的贡献率；③ 表面活性剂覆盖率对总凝聚成核的影响规律；④"自调节"现象的成因、主要影响因素和控制方法。通过研究，有望揭示"自调节"现象的本质和演变规律。为一步法制备高固含量乳液反应工艺参数的优化设计提供理论依据。

高固含量乳液具有干燥速度快、储存和运输成本低等突出特点，在涂料和粘接剂领域具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力，由于人们在理论上对其制备过程中的很多问题认识不足，极大地制约了高固含量乳液的普及和应用。.本项目重点研究一步法制备高固含量乳液过程中二次成核的有效控制问题，较全面和系统地研究了极低表面活性剂浓度下，絮凝成核和沉淀成核的动力学行为、形成机制及它们对单位体积乳胶粒数（Np）的影响规律；较全面和系统地研究了二次成核反应过程中单体的亲疏水性、单体组成、单体滴加速率、表面活性剂覆盖率等因素对乳液的固含量、粘度、乳胶粒的粒径分布等的影响规律。.研究证实了对于表面活性剂浓度低于CMC的乳液聚合体系，当表明活性剂覆盖率低于100% 时，成核过程中Np确实存在自调节现象，且Np的自调节能力与单体的组成、亲水性和表面活性剂覆盖率等反应条件密切相关。.根据实验数据分析，我们认为产生自调节现象的本质是：当乳液体系中表面活性剂的浓度低于CMC时，体系中同时存在多种成核方式（絮凝成核、沉淀成核和胶束成核等），由于各种成核方式产生的胶核数量对总Np的贡献率不同且可相互补充，在一定条件下各种成核方式形成的新核数量达到平衡状态，因此可以保持Np具有相对稳定性。.研究证实在极低表面活性剂浓度以下，乳胶束的成核方式与单体的亲水性密切相关，并且，当单体的亲水性较强时以絮凝成核为主，其对总成核数Np的最大贡献率为86%；而当单体的疏水性较强时以沉淀成核为主，其对总成核数Np的最大贡献率为20%。因此，在二次成核反应时可以通过控制成核方式实现Np在一定范围内的可控，为一步法制备高固含量乳液提供了理论支持。.实验证明，聚合物的最高固含量及粘度与大、小乳胶粒的个数比（Np1/Np2）和粒径比（D1/D2）比值之间存在关联性。在二次成核反应过程中，通过控制反应条件可以有效控制Np和乳胶粒的PSD，获得具有一定乳胶粒数量比和粒径比乳液的方法，制备二元分布高固含量乳液。从理论上分析，该方法也适用于通过多次引发成核制备乳胶粒粒径为多元分布的高固含量低粘度乳液。.通过对二次成核的有效控制采用一步法制备了固含量71.4%（Wt%），粘度486mpa•s的MMA/BA共聚乳液，所制备乳液具有良好的稳定和重现性，证实了可以采用一步法直接制备高固含量低粘度聚合物乳液，对推动高固含量乳液的普及应用具有重要意义。