化工专业实验报告
“聚醋酸乙烯酯乳液的合成和乳胶漆
的制备”实验报告
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乳胶漆是一种用途广泛的新型涂料，具有价格低廉、使用简便、耐水性好、绿色环保、安全无毒等优点。其中内墙涂料以价廉物美的醋酸乙烯酯共聚类乳胶漆应用最多。丙烯酸酯共聚类乳胶漆与其它乳胶漆品种相比，有较好的耐候性、耐水性、抗磨损性和保色性，应用面也较广。近年来也开始在金属物表面上防腐上得到应用。本实验合成了聚醋酸乙烯酯乳胶，制备了乳胶漆并测定了其性能。
一、实验目的
1、掌握乳液聚合的基本操作，制备聚醋酸乙烯酯乳胶；
2、学习水溶性涂料的基本知识，掌握设计涂料配方的方法；
3、掌握乳胶漆的制备方法；
4、掌握乳胶漆性能的测量和判别方法。
二. 实验设备和原料
药品一览表
设备一览表
三、实验步骤：
1．聚酯酸乙烯酯乳胶的制备
①、安装好反应设备，配制5%的过硫酸钾溶液（如溶解过慢可以略加热）。
②、量取88ml 1.13%的OP-10乳化剂溶液加入250 ml四口瓶中。四口瓶上带机械搅拌器、回流冷凝管、温度计和恒压漏斗加料器。
③、在搅拌下慢慢加入平均聚合度在1700左右、醇解度约为88%的聚乙烯醇6.0g。加热混合物，升温至85℃，至聚乙烯醇完全溶解为止（溶解时间约1hr）。
④、停止加热，降温至65℃左右，重新开始加热，并一次性加入20g新蒸馏过的醋酸乙烯酯单体，4ml 5%的过硫酸钾溶液。控制反应温度在70-75℃，维持反应温度至回流基本结束。
⑤、用恒压漏斗在2h内滴加68g新蒸馏过的醋酸乙烯酯单体，每加10g醋酸乙烯酯后补加1ml 5%过硫酸钾溶液。整个加料过程中控制反应温度在70℃以上（油浴温度为70-85℃），并不停搅拌，反应后期加快搅拌速度。单体滴加完毕后，一次性补加2ml 5%的过硫酸钾溶液，然后慢慢升温到90℃，直到回流结束。
⑥、将反应体系从油浴中取出，冷却。待温度下降至50℃时，加入5-10ml 5％碳酸钠溶液，调节PH=6-7。
⑦、加入10g邻苯二甲酸二丁酯并搅拌0.5h，冷后得到白色的聚醋酸乙烯酯乳胶。称重，装入回收瓶中。
2、聚醋酸乙烯酯乳胶的分析
①、 采用重量法测量乳胶的固含量。
将两个相同的表面皿在120±2℃烘干30min，放入干燥器中冷到室温。称重。
将制备的乳胶放在一个表面皿中，另一个放在上面（凸面在上），在天平上准确称取1.5-2g，然后将上面的表面皿反过来，使两块相互吻合，轻轻压下，再将其分开，使试样面朝上，放入120±2℃的恒温鼓风干燥箱干燥2hr，取出在干燥器中冷却到室温，称重。计算固含量。每个固含量做平行样。
②、乳胶的流变性测量，采用旋转粘度计，选用3号转子，在不同的转速下测定乳胶的黏度，计算其流变性。
3、醋酸乙烯乳胶漆的制备
①、 安装好高速搅拌器，选择所用的原料。
②、把8g丙二醇、15g 10%的六偏磷酸钠水溶液及60g去离子水按顺序加入250ml三口烧瓶中。
③、开动高速搅拌器，在慢速下逐渐加入50g钛白粉、25g滑石粉和18g碳酸钙，快速搅拌分散均匀。
④、慢慢加入1g磷酸三丁酯，继续快速搅拌30min后，慢速加入120g醋酸乙烯酯乳胶，直到搅匀为止，即得白色涂料。
⑤、加入少量彩色颜料浆，可得到彩色涂料。
⑥、也可自主选择其他配方，制备乳胶漆。
4、聚醋酸乙烯酯乳胶漆的性能测定
①干燥时间测定：
用框式涂膜器在清洁、干燥的标准玻璃板上涂上一层市售的乳胶漆，漆膜应均匀、连续，安装好干燥时间测定仪，开启设备测定市售乳胶漆的干燥时间。采用相同方法测定制备的乳胶漆的干燥时间。
②固含量的测定：
测定制备的乳胶漆和市售乳胶漆的固含量，采用前面测定乳胶相同的方法。每个样测定平行样。
③ 涂料的耐水性：
标准板在120℃下干燥1hr后保存在干燥器中，在三块标准板上刷涂漆膜重量为0.5-0.8g，且三块板刷涂重量差不大于10%，在120℃的烘箱中干燥1hr，取出测定其重量变化。1000ml的烧杯加入600ml水，加热致沸，将漆板放入热水中，沸腾20min后取出观察，并记录其失光、变色、起泡、脱落等的程度（以百分比表示）。
测定制备的乳胶漆和市售乳胶漆，进行对比。
④ 测定涂料的遮盖力：
采用黑白格涂料遮盖力测定仪测定。精密电子天平上称出装有乳胶漆的杯子和漆刷的总重量，用漆刷将乳胶漆均匀的涂刷于黑白格板上，放在观察箱中，距离磨砂玻璃片15-20cm，有黑白格的一端与平面倾斜成30-45度交角，在观察箱日光灯下进行观察，以看不见黑白格为终点。然后将盛有余漆的杯子和漆刷称重，求出黑白格板上的油漆总量。刷涂时应快速均匀，不应将乳胶漆刷在板的边缘上。
其遮盖力计算为
X=(W1-W2)/S=50×(W1-W2)
W1:-未涂刷前乳胶漆和漆刷的总重量。
W2-- 涂刷后余漆和漆刷的总重量。
S---黑白格板涂漆的面积。
平行测定两次，结果之差不大于5%，取平均值。否则必须重新测定。
⑥、直观效果判断
在石膏板上刷涂制备的乳胶漆和市售的乳胶漆，观察乳胶漆的均匀度、遮盖力、平整度、色度等，并与其他组的产品进行对比。
按本工艺制得的产品，在醋酸乙烯乳胶漆中属于质量优良的品种。按前面所述的配方原理，可以改用部分功能成分，制成颜料(填料)基料之比高出倍以上的、较价廉的品种。对产品质量的完整检验可按国家标淮GB 1721—79——GBl726—79的方法进行。
5. 实验流程图如下：
聚酯酸乙烯酯乳胶的制备
醋酸乙烯乳胶漆的制备
四、注意事项
1、聚乙烯醇必须溶解完全，反应体系中应避免带入铁、铜等有阻聚作用的离子。
2、 醋酸乙烯酯单体必须是新蒸馏过的，因其分解生成的醛、酸等有阻聚作用，造成聚合物的相对分子量降低。
3、乳液聚合中采用水溶性引发剂，如过硫酸盐和过氧化氢，本实验用过硫酸钾。
4、在上述配方操作时，开始反应时加入过硫酸盐作引发剂，由于聚合反应过程中回流和连续缓慢加入单体，温度可在一段时间内无需加热或冷却即可保持在回流状态。反应继续进行，需补加少量过硫酸钾，以维持反应温度不下降。经过反复试验，就能在不同的设备条件下摸索出最适宜的加单体的速度、回流大小、每小时补加过硫酸钾的数量等操作控制条件，使反应温度稳定，聚合反应平稳进行。所以在实际操作过程中需要很好地控制热量平衡。操作时如果反应剧烈，温度上升很快，则应少加或不加过硫酸钾，并适当加快单体加入速度。如温度偏低，则就要稍多加些过硫酸钾，并适当减慢单体的加入速度。反应时如果回流很小，可以加快醋酸乙烯的加入速度，反之就要适当减慢加入单体的速度，甚至暂时停止片刻，待回流正常后再继续加入单体。
5、单体加完后补加入引发剂，并升温至95℃，目的是要尽可能地减少最后末反应的剩余单体量，这对乳胶的稳定性和乳胶的质量是有利的。因为游离单体在存放中会水解而产生醋酸和乙醛，使乳胶的PH值降低，影响乳胶和乳胶的稳定性。采取在700mmHg真空下抽1—2h的方法，能使残余单体质量分数减少至1％以下。
7、将乳化剂水溶液先和单体一起搅拌乳化，再加入引发剂引发聚合虽也可以，但在诱导期过后反应十分激烈，要做成质量好的乳胶十分困难。因此可以先将乳化好的乳胶放入部分在反应器内，加入部分引发剂引发聚合，然后慢慢连续加入乳化好的乳化液，并定时补加一定量的引发剂。
五：实验记录：
实验时间：2013 年11月13日 室温：15 ℃
实验时间：2013 年11月14日 室温： 15 ℃。
六：乳胶漆产品的成本计算和数据记录：
（一）．流变性测量
9:43 测量制备乳胶流变性
11:12 测量制备乳胶漆流变性
13:15 测量市售乳胶漆流变性
（二）．固含量测定
(三)．耐水性测试
A．质量变化
B.加入沸水煮时现象
(四)．遮盖力测试
遮盖力 X=(W1-W2)/S=50×(W1-W2)
市售 遮盖力X1=50×10.26=513 X2=50×10.79=539.5
X=(X1+X2)/2=(513+539.5)/2=526.2
自制 遮盖力 X1=50×1.88=94 X2=50×1.51=75.5
X=(X1+X2)/2=(94+75.5)/2=84.75
(五).乳胶漆产品的成本计算
0.3×0.088+11.2×0.006+13×0.088+12×0.012+10×0.01+30×0.01=1.7816元
1.7816÷0.18565=9.60元/kg
乳液原料每千克9.6元
9.6×0.12+40×0.008+22×0.05+3.2×0.025+0.35×0.018+17×0.001=2.6753元
2.6753÷0.222=12.05元
乳胶漆原料每千克12.05元
自制乳胶184.64g 成本1.79元
自制乳胶漆260g 成本3.133元
七、实验结论：
从实验表面现象观察，我们所制备的乳胶漆含水量与市售相当，粘度较小，色泽较白，没有成型的块状结构，没有杂质出现。通过相关测试，和市售乳胶漆相比，我们所制备的乳胶漆固含量较高，粘性小，易流变，且在高温环境下变色，但遮盖力好，涂抹更加均匀。分析实验过程，可能由于制备乳胶调节PH没有严格达标，导致聚合反应发生不完全。同时，因为室温降低，所配制过硫酸钾溶液结块，浓度偏低，作为引发剂不足也可能是聚合反应不完全的原因之一。同时这也是影响我们制备乳胶漆耐水性，耐高温性能不好的原因。良好的遮盖力则可能来源于我们制备的乳胶漆中二氧化钛原料的充足。
八思考题
1、聚合反应按聚合体系和反应机理分类可以分成那些类型，聚醋酸乙烯单体的聚合是什么反应?
答：本体聚合: 不加任何其它介质，仅是单体在引发剂、热、光或辐射源作用下引发的聚合反应。
溶液聚合: 单体和引发剂溶于适当溶剂中进行的聚合反应。
悬浮聚合: 借助机械搅拌和分散剂的作用，使油溶性单体以小液滴(直径1～10-3cm)悬浮在水介质中，形成稳定的悬浮体进行聚合。
乳液聚合: 借助机械搅拌和乳化剂的作用，使单体分散在水或非水介质中形成稳定的乳液(直径1.5～5μm)而聚合的反应，
聚醋酸乙烯单体的聚合乳液聚合。
2、为什么使用的醋酸乙烯酯单体必须是新精馏?
因为乙醋酸烯脂单体可能存在一定的杂质，会发生阻聚。
3、为什么大部分的单体和引发剂采用逐步滴加的方式加入?
防止聚合太快，形成小分子链而降低质量。
4、乳胶的稳定性受哪些因素影响？
温度，含水量
5、聚乙烯醇在反应中起什么作用?为什么要与乳化剂OP—10混合使用?
聚乙烯醇为增稠剂：能增加涂料的粘度，起到保护胶体和阻止颜料聚集、沉降的作用。
6、在搅拌颜料、填充料时为什么采用高速搅拌，用普通搅拌器或手工搅拌对涂料性能有何影响?
高速搅拌是原料混合均匀，增大反应面积，使反应更彻底充分，并有利于大分子链的形成
用普通搅拌或手工搅拌可能会使涂料质量下降，固含量降低，含水量增大，遮盖力减小等。
7、试说出配方中各种原料所起的作用。
过硫酸钾：帮助溶解，调节PH值
聚乙烯醇：增稠剂：能增加涂料的粘度，起到保护胶体和阻止颜料聚集、沉降的作用。
碳酸钠：调节PH值
六偏磷酸钠：分散剂（相润湿剂），这类助剂能吸附在颜料粒子的表面，使水能充分润湿颜料并向其内部孔隙渗透，从而使颜料能研磨分散于水相乳胶中，分散态的颜料微粒不会聚集和絮凝。
丙二醇：成膜助剂，涂覆后的乳胶漆在溶剂挥发后，余下的分散粒子须经过接触合并，才能形成连续均匀的树脂膜。
钛白粉：主要起增白作用，使生产出来的产品更加美观。
磷酸三丁酯：消泡剂，涂料中存在泡沫时，在干燥的漆膜中会形成许多针孔。消泡剂的作用就是去除这些泡沫。
第二篇：果胶提取实验报告1
桔皮中果胶提取技术的试验分析
【摘要】酸浸提法提取果胶具有快速、简便、易于控制、提取率较高等特点，用盐酸浸提、乙醇沉淀法进行了从桔皮中提取果胶的工艺试验。用单因素试验进行工艺参数的优化，其适合的工艺条件是：液料质量比为20；浸提液pH值为2；浸提温度为90℃。
关键词：桔皮 果胶 提取工艺 工艺参
引言：果胶是一种亲水性植物胶，属于多糖类物质，广泛存在于高等植物的根、茎、叶、果的细胞壁中。通常人们所说的果胶系指原果胶、果胶和果胶酸的总称，是一种高分子聚合物，分子量介于20 000-400 000之间。其基本结构是D一吡喃半乳糖醛酸，以1，4甙链连接成的长链，其中部分半乳糖醛酸被甲醇酯化 [1]。
胶凝剂、增稠剂、稳定剂和乳化剂，随着功能性多糖的开发研究，果胶作为水溶性膳食纤维，越来越受到重视。应用必定会越来越广泛[2-4]。我国是柑桔的主要产地，柑桔皮中果胶含量可达10% ～30%。从桔皮中提取果胶不仅有极大的工业价值，而且对综合开发、利用柑桔资源，提高原材料利用率，减少环境污染，有重要的实际意义[2,4,6]。果胶的提取一般有酸提取法、离子交换法、微生物法和微波加热处理法等方法[5-9],由于酸提取法具有快速、简便且提取率高的优点，国内外大多采用此法。果胶分离沉淀主要有乙醇沉淀法和盐析法。国内主要采用乙醇沉淀法，而国外多用盐析法或不经沉淀直接喷雾干燥。针对我国情况而言，对乙醇沉淀法已有大量研究，而本实验也是在总结别人成果的基础上进行对比以及提取工艺条件的优化。
1 材料与方法
1．1 材料
桔皮采用成熟新鲜、无病虫果害的晚熟蜜桔，人工取皮，在40℃下干燥，粉碎至1～3 mm，待用。
盐酸、乙醇、氢氧化钠、无水氯化钙、冰醋酸和甲基红，均为化学纯。
1．2 果胶提取方法
果胶提取工艺为：原料→洗涤→失活→干燥→粉碎→酸提取→过滤→浓缩→冷却→乙醇沉淀→离心分离→干燥→称量→粉碎→果胶。
剔除腐烂变质、发黑的桔皮，用清水洗净后，放入烧杯中，加水，加热至90 ℃保温5～10 min，使酶失活,捞出桔皮，将桔皮在40 ℃下干燥，切碎。将20 g原料加入用HC1预先配制的、具有一定pH值和温度的酸溶液中，维持所需的温度达到一定的提取时间，并不断搅拌。趁热用布氏漏斗过滤得果胶提取液。将滤液用旋转蒸发仪在60-70 ℃下浓缩至原体积的1／3时为止。果胶浸提液冷却至常温后加入1倍体积的95 乙醇，搅拌、静置2 h，使果胶沉淀析出。用布氏漏斗过滤得粗果胶。在60-70 ℃干燥，粉碎即得果胶粉。随后进行提取物中果胶含量的测定和提取率的计算。
1．3 试验方法
单因素试验,分别研究不同液料质量比对果胶提取率的影响(浸提液pH值3、温度80℃、浸提时间45 min)；不同浸提液pH值对果胶提取率的影响(浸提液温度80℃、液料质量比10、浸提时间45 min)；不同浸提液温度对果胶提取率的影响(液料质量比10、浸提液pH值3、浸提时间45 min)。
1．4果胶提取率
果胶提取率表示为
DP=B/E*100%
式中B一提取的果胶量，E——原料量（g）。
1．5 仪器设备
恒温水浴锅、旋转蒸发仪、电热干燥箱、可用精密pH试纸、电子天平、布氏漏斗、抽滤瓶、玻棒、尼龙布、表面皿、烧杯、小刀、真空泵。
2 结果与分析
2．1 液料质量比对果胶提取率的影响
液料质量比对提取率影响如图1所示。液料质量比太小，则难以保证原料中的果胶质全部转移到液相中，物料粘度大、过滤困难、残留增多 造成提取不完全、提取率低；液料质量比太大，提取出来的果胶质在溶液中的含量太低，过滤容易，但是浓缩所需的时间长、沉淀剂乙醇的消耗量大，沉淀效果不理想。因此，提取果胶所用酸液量的多少，直接影响到已水解的可溶性果胶能否全部转移至液相，同时也影响提取液过滤速度，以及蒸发浓缩时的能耗。
图1 液料比与果胶提取率的关系曲线
Fig．1 Relationship between solution／material ratio and
extract rate of pection
从图1中可以看出，当提取的液料质量比大于20时，果胶提取率随液料质量比的增大而减小；当提取的液料质量比小于20时，果胶提取率随液料质量比的减少而减小；当提取的液料质量在20时，提取效果较好。
2．2 提取液pH值对果胶提取率的影响
提取液pH值对提取率的影响如图2所示。提取液pH值小，则酸度太强，果胶在提取过程中水解过度，致使果胶脱去酯基和裂解而使提取率下降，同 时使产品色泽变深而不合要求；而pH值大时，果胶提取率有降低趋势。
图2 提取液pH值和果胶提取率的关系曲线
Fig．2 Relationship between pH of extract solution
and extract rate of pection
从图2中可以看出，提取液pH值为2时，果胶的提取率较高；当pH值大于2时，随着pH值的增大，果胶提取率降低；当pH值大于4时，随着pH值的增大，果胶提取率缓慢上升最后趋于水平，得出结论一定范围内pH对提取不利。
2．3 提取沮度对果胶提取率的影响
提取温度对提取率影响如图3所示。随着提取温度的升高，有利于果胶质的水化溶出，有利于提取效率的提高。
图3 提取温度和果胶提取率的关系曲线
Fig．3 Relationship between temperature and
extract rate of pectin
从图3中可以看出，在90℃左右时，提取率最高；整个过程，随着温度的升高，提取率逐步提高。
3 讨论
从上面的数据可以看出每组的果胶绝对数值都很少，原因之一是我们的操作是切碎后煮的，那么煮的时候使其中的果胶流失严重，虽然不会影响到对整个趋势的研究，但因为绝对数量的减少，使趋势对操作误差十分敏感，从而使规律出现偏差。在用乙醇沉淀时，要求快速冷却，这个条件做的程度不够，且每组也有差异。还有就是因为沉淀出来的果胶是絮状物，在过滤的时候，第一是过滤效果不好，其次是一部分果胶被滤到了滤液中使提取率偏低。
由于柑桔产地不同、品种好不同、成熟度不同，其果皮的果胶含量也会不尽相同，因此，用酸提取果胶所采用的条件也稍有差异。生产过程采用以干质原料提取果胶会更为实际，且将干燥后的桔皮切碎，可增大接触面积、缩短提取时间、提取较完全，从而增加产量。水中的钙、镁离子对原果胶有一定的封闭作用，使其难于转化成水溶性果胶，所以水的软化处理对果胶的提取十分重要 引。桔皮中本身所含的钙、镁离子及其它杂质，也会影响果胶的溶解和纯度[10-11]，用醇沉淀果胶时必须快速冷却滤液，这样可减少果胶脱脂而使其受破坏，又可以减少沉淀剂的用量。应尽量缩短加酸提取到乙醇沉淀之间的时间，因为酸对果胶分子的酯键具有破坏作用，随着作用时间的延长，其破坏性增大，结果会使果胶分子量逐渐变小，导致果胶的胶凝度下降，质量变差。根据果胶用途，决定是否脱色。如用果胶制取有色产品，则需保留原来的桔黄色；若要脱色，可用活性炭、活性白土、膨胀珍珠岩等作为脱色剂进行脱色处理[11]。
4 结论
通过盐酸浸提法从桔皮中提取果胶的单因素试验研究表明，当浸提的pH值为2，温度为90℃左右，液料质量比为20时，果胶提取效果最好。
参考文献
1 田三德，任红涛．果胶生产技术工艺现状及发展前景．食品科技，2003(1)：53-55
2 王金英，马中国，宗灿华．果胶的提取与应用．中国林副特产，2000，53(2)：17～18
3 尹湘廷，李玉环，陈恭正．以桔皮为原料提取果胶的研究．信阳师范学院学报，1994，7(3)：295～296
4 李于善，张争光，李啸等．果胶的提取研究．三峡大学学报，2002，24(6)：571～573
5 黄希俊．桔皮的综合利用．应用科技，1998，25(9)：9
6 马福波．从桔皮中提取柑桔黄、桔油、果胶的技术研究．贵州化工，1996，21(3)：40～43
7 张鸿发，励建荣，周勤等．从柑桔皮中连续提取色素、果胶的工艺研究．食品科学，2000，21(1I)：37～38
8 田旭东，贾怀锋．由柑桔皮生产果胶．化学教育，2000，21(12)：28
9 侯春友，刘钟栋，陈肇锬．微波条件下提取果胶的研究．郑州粮食学院学报，1999，20(2)：8～12
10 叶忠，项有剑，钱伦波．从桔皮中提取果胶条件的探讨．温州师范学院学报，1995(3)．67～68
11 肖红，吴永娴，曾凡坤．橙皮果胶制备中提取和除杂的研究．海南大学学报自然科学版，2000，18(1)；33～39