乳化剂对PVC糊树脂性能的影响.pdf

16【助剂】Aug.20232023年8 月Polyvinyl ChlorideVol.51,No.8第51卷第8 期聚氯乙烯乳化剂对PVC糊树脂性能的影响马宝琪*，汪海位，韩忠良，邹磊，蒋亚楠（天伟化工有限公司，新疆石河子8 32 0 0 0）【关键词乳化剂;HLB;PVC糊树脂；稳定性【摘要】介绍了乳化剂对PVC糊树脂胶乳体系的影响。选择适当HLB值的烷基硫酸钠和脂肪醇作为主、辅乳化剂进行复配使用，可以更好地降低同种胶乳粒子之间静电斥力，增强乳化剂对胶粒的吸附强度，提高了胶乳的稳定性。中图分类号 TQ325.3文献标志码B文章编号】10 0 9-7 937（2 0 2 3)0 8-0 0 16-0 3The effect of emulsifiers on the properties of PVC paste resinMA Baoqi,WANG Haiwei,HAN Zhongliang,ZOU Lei,JIANG Yanan(Tianwei Chemical Co.,Ltd.,Shihezi 832000,China)Key words:emulsifier;HLB;PVCpaste resin;stabilityAbstract:The influence of emulsifier on PVC paste resin latex system was introduced.The combi-nation of the appropriate HLB value of alkyl sodium sulfate and fatty alcohol as the main and auxiliary e-mulsifiers can better reduce the electrostatic repulsion between the same latex particles,enhance the ad-sorption of latex particles to emulsifier,and improve the stability of latex.Fund Project:Research and application of key technologies for improving the quality of PVCpaste resin in the Two Zones construction plan project of the Xinjiang Production and ConstructionCorps(2022BB006)表面活性剂是一种能显著降低水一气界面和油一水界面的界面张力的物质。表面活性剂（surfa-cant）一词是表面（surface）、活性的（active）和试剂（a g e n t）三个词的组合缩写。表面活性剂分子通常是由亲水基和亲油基两部分组成，因此具有亲水亲油二重性。其主要作用表现在表面和界面上，具有极高的降低表面、界面张力的能力和效率；在一定浓度以上的溶液中能形成有序组合体，从而具有润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、以及增溶等一系列应用功能。因而在洗涤、化妆品、纺织、造纸、皮革、医药、食品、石油、橡胶、化肥、涂料、信息材料、金属加工、选矿、建筑、环保等不同的工业领域有着广泛应用。表面活性剂在工业上有如此广泛的应用，如何正确选择和合理使用表面活性剂成为大家关注的重点。作为表面活性剂重要参数的亲水一亲油平衡值（HLB值），也就理所当然地成为表面活性剂选用的重要衡量指标使不溶于水的液体与水形成稳定的胶体分散体系即乳化液的物质叫做乳化剂。乳化剂一般可分为两类，即表面活性剂和高分散性粉状固体如碳酸镁。本文中主要介绍表面活性剂对PVC糊树脂生产的影响。1表面活性剂的性质与作用1.1乳化剂的基本性质表面活性分子是由亲油性基团和亲水性基团两个部分组成的化合物，无论是亲水基团还是亲油基收稿日期 2 0 2 3-0 3-0 1【作者简介马宝琪（198 8 一），男，工程师，工学学士，现于天伟化工有限公司聚合车间从事聚氯乙烯生产工作。【基金项目】兵团“两区”建设计划项目（2 0 2 2 BB006）聚氯乙烯糊树脂品质提升关键技术研发及应用HLB=7Z（亲水基团值）Z（亲油基团值）ES第8 期马宝琪等：乳化剂对PVC糊树脂性能的影响助剂团，它们都具有降低界面张力的作用。不论哪种表面活性剂，开始表面张力随表面活性剂浓度的增加呈下降趋势，继续提高浓度则维持不变。因为起初体系中表面活性剂分子少，随着不断地提高浓度，表面张力下降，体系液面集聚了足够量的表面活性剂，并近乎无间隙地分布在液面,形成单分子膜，将溶液与空气完全隔绝，这就出现后续界面张力维持不变的现状。若继续提高表面活性剂的浓度，则体系中表面活性分子成百上千地聚合在一起,排列成憎水基向里、亲水基向外的胶束，表面活性剂形成胶束的最低浓度叫临界胶束浓度。临界胶束浓度和表面活性剂作用见图1。去污力1可溶性表面张力1界面张力1表面活性剂水溶液浓度图1临界胶束浓度和表面活性剂作用Fig.1Critical micelle concentration and surfactant effect表面活性剂在水中为了使其憎水基不被排斥，它的分子不停地旋转，寻求成为稳定分子。一是将憎水基伸向气相空间，另外就是让各憎水基互相靠拢,尽可能地减少憎水基和水的接触面积。表面活性剂的临界胶束浓度均很低，一般在0.0 0 10.0 2mol/L,使用表面活性剂时,浓度一般要比临界胶束浓度高，否则影响性能发挥1.2表面活性剂的效应每一种表面活性剂的乳化效果不一样，与其含有亲水基团和亲油基团的数量和性质密切相关。因此,HLB值是衡量表面活性剂的乳化效率的重要指标。所以可以根据表面活性剂含有的亲水基团、亲油基团的值,计算出相应HLB值。表1为不同HLB值表面活性剂在水中的性质，表2 为常见亲水、亲油基团的HLB值。表1不同HLB值表面活性剂在水中的性质Table 1Properties of surfactant withdifferent HLB values in waterHLB值性质HLB值性质1 4水中无法分散1013生成半透明分散液46分散性较差1315生成透明分散液68搅拌后形成分散液1518增溶剂810生成稳定的分散液表2 常常见亲水、亲油基团的HLB值Table 2HLB values of commonhydrophilic and lipophilic groups亲水基团数值亲油基团数值-SO.Na38.7CH-0.475-COOK21.1一CH2一-0.475-COONa19.1-CH3-0.475一N9.4一(CH,一CH2一O)0.330一COOH2.1一(CH2-CH2一CHO)-0.150-OH1.9-0一1.32乳化剂对胶乳体系的影响2.1乳化剂对分散液稳定性的影响表面活性剂作为乳化剂时，对分散液体系的作用是复杂的，从以下3个方面介绍。（1)降低分散液体系的界面张力，即降低了界面自由能，使分散的液滴自然聚集的程度降低，提高体系的稳定性。（2）乳化剂分子在分散液表面形成规则的定向排列。亲水、亲油基团定向分布在液滴表面,形成薄膜层，进一步防止液滴聚并。通常胶乳体系中加人两种乳化剂，两种乳化剂分子共同形成液滴表面层，这称作协同效应，根据HLB值选择合适的乳化剂及用量，可以形成紧密的复合膜，提高分散液体系的稳定性。（3）在液滴表面带有相同的电荷而彼此相斥，降低了液滴相互碰撞，阻止了液滴聚并。分散液的液滴表面均带有电荷，每个液滴的表面层存在着双电子层。内层离子与亲油基团结合，外层离子伴生存在。液滴不断运动，存在着动电位阻止液滴聚集，分散体系稳定2.2乳化剂对胶乳的变形与破乳的影响氯乙烯优先向含主/助乳化剂的微悬浮种子扩散溶胀，聚合形成大粒子群；乳液种子粒径增加有限，形成小粒子群。种子微悬浮聚合除主乳化剂外，还须使用水溶性极低的高级醇作为助乳化剂，才具有良好的乳化效果。通常认为当有机助乳化剂的水溶性小于110-3g/L时才能采用均化法制备稳定的分散液。制得平均粒径在2 m以下的分散液和平均粒径小于1m的胶束。助乳化剂的用量和类1820233年聚氯乙烯助剂型还要取决于成本，要取得成本与质量的平衡才能实现效益最大化，因此PVC糊树脂生产通常选用十六一十八混合醇2 2.2.1乳液的变型在聚合初期，体系是水包油乳化体系，后期变为固/水乳化体系。在一定条件下，该体系可能发生变型现象，即固/水乳化体系转变为水/固乳化体系，此时物料呈现黏稠的雪花膏状主要的影响因素有以下3个方面，(1）乳化剂的影响乳化剂种类的改变会引发乳状液变型。乳化剂的种类不同、用量不同，则乳状液的变型两相体积比也不同，使原本的水包油乳化体系变成油包水乳化体系。（2）两相体积比的影响如果将相同直径的圆球堆积在一起，使其具有最紧密的结构，则圆球占据空间的7 4.0 2%，剩余的25.98%为空隙。大量的实践证明，如果体系分散相体积超出7 4%，容易使乳状液变型3）其他条件的影响。电介质、温度变化、pH值、搅拌情况、VC脱吸速度过快等均可能造成乳状液变型2.2.2乳化剂对破乳的影响（1）如果体系pH值过低或过高会使乳化剂失去乳化作用，失去保护作用，导致胶乳破乳。（2）胶乳中固体粒子存在着动电位，对电介质敏感，当少量电介质存在时，可以增大胶乳粒径，降低胶乳黏度。但超过临界量，则产生胶乳微粒凝结，造成破乳现象。电介质造成破乳的原因：胶乳微粒在水相中运动，当加人电介质后，液相离子浓度增加，双离子层距离缩短，运动位降低，当浓度增加到一定值时，微粒的动电位为零，斥力消失，微粒间的吸力突出，离子间相互碰撞几率增加，聚并沉降析出。（3）胶乳经低温后，胶乳浓度增加，体积比发生变化，胶乳微粒之间距离缩短，电介质浓度在提高，从而产生破乳。（4）胶乳受到强烈搅拌时，由于微粒碰撞机会增加，乳化剂的动电位不足以克服碰撞时的结合力而发生破乳。3乳化剂的选择微悬浮PVC糊树脂聚合过程中乳化剂的选择以HLB值和生产经验相结合来进行选择。乳化剂选择首先考虑其离子型，以便能够得到稳定的胶乳，这是由于乳液粒子带同种电荷，相互排斥，形成稳定的胶乳，用憎水基和被乳化物结构相似的乳化剂。乳化剂在被乳化物中易于溶解，被乳化物的HLB值越强，与乳化剂的HLB值差别愈大，两者之间的亲和力就越差，乳化效果不佳。生产过程中常采用非离子型乳化剂和离子型乳化剂复合使用，这就相当于在离子型乳化剂分子之间楔人非离子型乳化剂，降低了同种胶粒之间静电斥力，增强了乳化剂对胶粒的吸附强度，提高胶乳稳定性。乳化剂对单体应具有较大的增溶能力。当乳化剂对单体的增溶能力强时，粒径集中度高。通常生产采用十二烷基硫酸钠作为主乳化剂，十六、十八混合醇作为辅助乳化剂进行复配使用，提高体系的稳定性，北方冬季生产可以选择不同碳链长度的高级醇搭配使用，以降低树脂B式黏度。微悬浮法PVC糊树脂聚合配方，国内有两大体系：天伟化工有限公司使用具有较长碳链的烷基硫酸钠和脂肪醇为主、辅乳化剂，生产聚合度为16 0 0 的产品。国内其他企业使用较短碳链的烷基硫酸钠和脂肪醇为主、辅乳化剂，生产聚合度为17 0 0 的产品。这两种配方体系从用量和产品性能上存在较大差异。较长碳链的烷基硫酸钠和脂肪醇为主、辅乳化剂，烷基硫酸钠用量少，聚合反应温度高，聚合周期短，生产成本相对较低。使用较短碳链的烷基硫酸钠和脂肪醇为主、辅乳化剂，脂肪醇用量多，聚合温度低、聚合周期长，生产成本相对较高。但较短碳链配方生产的手套料市场份额超过7 0%，目前处于市场支配地位。较长碳链配方生产的手套料只能居于配合使用，且比例不尽相同4结语在PVC糊树脂生产过程中，选择合适的HLB乳化剂，并且选择两种或两种以上的乳化剂复合使用，有利于提高体系的稳定性，减少胶乳的聚并破乳现象发生。乳化剂的用量要控制在合理的区间内，用量过大不仅影响生产成本，同时在聚合及干燥过程中，乳化剂是不参与反应残留在PVC粉体中的。在测试雾化值的时候，乳化剂在高温下挥发，随着乳化剂含量的增加，PVC糊树脂粉体的雾化值增加3，且对环境产生不良影响。参考文献1司业光，韩光信，吴国贞.聚氯乙烯糊树脂及其加工应用【M.北京：化学工业出版社，1995：38,42,51-53,8 6.2】樊宝明.聚氯乙烯糊树脂生产中发生破乳的原因及预防措施J.聚氯乙烯，2 0 2 2,50（5）：1-2.3朱晓静,马欣.乳化剂用量对PVC糊树脂性能的影响J.聚氯乙烯,2 0 19,49（7）：5-7.编辑：杜桂敏