Page 59 - 《橡塑技术与装备》2018年16期（8月下半月 塑料版）
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测试与分析 郝妙琴·无皂乳液聚合法合成聚苯乙烯微球的研究
一定的条件下，单体苯乙烯用量增加，继而使体系内 减小趋势 [9~10] ；另一方面，离子型引发剂 KPS 用量的
聚合物的含量增加，这样会使单位体积的乳胶粒结合 增加，会大大增加体系中离子强度，根据 DLVO 理论
的电荷量减少，胶粒为了维持体系胶粒的稳定，通过 可以得知，随着离子强度增大，导致乳胶粒双电层变
增大胶粒粒径来降低比表面积，进而相对地增加了表 薄，静电排斥力下降，导致体系的稳定性变差，初始
面电荷量，达到稳定体系的目的。 粒子发生凝结来维持稳定性，此时微球粒径有变大的
2.4 引发剂用量的影响 趋势。
在苯乙烯用量为 35 mL，去离子水用量 为 500 在本组实验中，KPS 质量分数为单体的 0.71%~
mL，反应温度为 90℃，转速为 400 r/min，反应时间 1.78%，且 KPS 的摩尔浓度也较低，所以随着引发剂
为 8 h 的条件下，改变引发剂用量，设定引发剂 KPS 浓度的逐渐增大，上述第二种情况起主要作用，再考
用量梯度为 10 mL，15 mL，20 mL，25 mL，分别进 虑到本组实验的反应温度为 90℃，布朗运动较剧烈，
行实验并得知，随着 KPS 用量增加，微球粒径逐渐增 也会使胶粒有凝聚的趋势。综上所述，在较低的 KPS
大，具体实验结果如表 5 及图 4 所示。 浓度范围内，微球粒径随着其用量的增加而增大。
表 5 微球粒径与 KPS 用量的关系 2.5 反应时间的影响
实验编号 VIII III IX X 在苯乙烯用量为 35 mL，去离子水用量 为 500
KPS/mL 10 15 20 25
-3
[KPS]10 /mol . L -1 1.54 2.29 3.03 3.75 mL，反应温度为 90℃，转速为 400 r/min，反应时间
D m /nm 340.8 365.6 380.4 396.3 为 8 h 的条件下，每隔一段时间取一次样品，并测量
PDI 0.036 0.025 0.026 0.032
各个时间点的粒径及固含量，实验结果如表 6 及图 5
所示。
表 6 微球粒径与反应时间的关系
反应时间 /h 1 2 3 4 5 6 7 8
D m /nm 264.3 347.3 347.4 351.4 353.5 355.5 361.0 356.4
图 4 微球粒径与 KPS 用量的关系
由表 5 及图 4 可见，在其他条件保持不变时，在
较低的 KPS 浓度范围内，KPS 用量增大，聚苯乙烯微
球粒径增大。与此同时，各组样品单分散性都很好，
图 5 微球粒径与反应时间的关系
PDI 均小于 0.100。
鉴于多方面因素的考虑，引发剂对粒径有着两个 根据表 6 及图 5 可得，在实验其他因素稳定的前
方向的影响。一方面，引发剂 KPS 用量的增加，分解 提下，随着反应时间的推移，聚苯乙烯微球的粒径在
生成的初级自由基和硫酸根离子也增加，初级自由基 反应前段 ( 约 2 h) 便迅速增大至最大值，随后粒径在
增加会促进下一步成核，成核速率增大。另外，硫酸 测量的误差允许下，基本不发生变化。此外，测定了
根离子是稳定微球的主要因素，由于硫酸根离子的增 各个时间点样品的固含量，进而得到了转化率曲线，
多，微球表面的硫酸根离子液增加，即增加了微球的 结果如表 7 及图 6 所示。
稳定性，阻碍了微球粒子的凝聚，再考虑到单体量一 表 7 乳液转化率与反应时间的关系
反应时间 /h 1 3 4 5 6 7 8
定，大量成核粒子相应得到的单体量减少，这样较小 转化率 /% 31.88 74.74 85.24 85.10 84.64 84.39 85.16
粒径的微球也就能稳定存在，故体系中的微球粒径有
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