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研究生: 林鈺翔
Yu-hsiang Lin
論文名稱: 半批式STY/2-EHA乳化聚合反應:非離子型界面活性劑之效應
Semibatch STY/2-EHA Emulsion Polymerization:The Effect of Non-ionic Surfactants
指導教授: 陳崇賢
Chorng-Shyan Chern
口試委員: 林析右
Shi-Yow Lin
許榮木
Jung-Mu Hsu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 化學工程系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 74
中文關鍵詞: 乳化聚合苯乙烯2-乙基丙烯酸己酯非離子型界面活性劑
外文關鍵詞: emulsion polymerization, styrene, 2-ethylhexyl acrylate, non-ionic surfactant
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本論文主要是探討半批式STY/2-EHA乳化聚合反應中乳漿粒子大小的變化與安定性的問題,並且以非離子型界面活性劑在起始反應器中(IRC)和在乳化單體進料(MEF)之濃度作為變數加以討論粒子的相關效應。隨著STY占總單體之重量比增加而粒徑會減少,當重量比大於10% 則粒徑尺寸會趨於穩定。界面活性劑在成核時期的濃度不但占了最重要的地位,並且也是決定粒子大小和粒徑分佈的重要變數。實驗結果顯示,隨著界面活性劑的濃度提高,粒子粒徑會隨之降低,而影響的程度以非離子型界面活性劑(#5105)最為重要,另外非離子型界面活性劑(D-400E及#5091)濃度的改變對粒徑影響不大,但都有保護膠體維持安定性的功能。
關於乳漿粒子安定性方面,實驗數據顯示不同的非離子型界面活性劑對乳漿粒子的安定性影響程度不一樣。隨STY占總單體之重量比提高或界面活性劑濃度的提高,濾渣量皆會隨之減少。非離子型界面活性劑影響的程度也是以在起始反應器中的#5105最為重要,另外D-400E及#5091濃度的改變對安定性也有些微影響。
關於不同分子量的含聚乙二醇非離子型界面活性劑方面,由Mackor理論預測,非離子型界面活性劑對於乳漿的保護能力隨著其鏈長增長而加強,實驗結果也完全符合其理論,但對於單體為STY的乳化聚合並非如此,我們嘗試以動力學實驗配合濾渣、固成份含量之數據尋找其與粒徑及安定性的關係,並解釋現象產生的原因。


This study deals with the problems of latex particles size control and stability for semi-batch styrene/2-ethylhexyl acrylate emulsion polymerization. The effects of the type and concentration of non-ionic surfactants in the initial reactor charge and the monomer emulsion feed are the major focus of this work. The particle size decreases with increasing the weight ratio of styrene in total monomer weight. When the
weight ratio of styrene greater than percent of ten, the particle size variation is not evident. The concentration of surfactant during the particle nucleation period plays an important role. Experimental data show that the particle size decreases with increasing the concentration of surfactants. But the concentration of non-ionic surfactant (#5105) is the most important parameter. Moreover, changing the concentration of non-ionic surfactants (D-400E and #5091) do not change the particle size significantly, but the surfactants protect the colloid and maintain particle
stability.
About latex particle stability, we measure the amount of scrap to analyze the relationship between three variables and particle stability. Experimental data show that the latex particle stability depends on the type of non-ionic surfactants. The concentration of surfactant increases with decreasing the amount of scrap. The influence the non-ionic surfactant (#5105) in the initial reactor is significant. Moreover, the slight influence of the concentration of nonionic surfactant (D-400E and #5091)
on the latex stability was observed.
About the different molecular weight non-ionic surfactants having the poly(ethylene glycol) structure, the capability of non-ionic surfactant in protecting particles increases with increasing length of the polymer
chain.

目錄 中文摘要................................................Ⅰ 英文摘要................................................Ⅲ 致謝....................................................Ⅴ 目錄....................................................VI 圖目錄..................................................IX 表目錄..................................................XI 第一章 緒論...........................................1 1.1 乳液.................................................1 1.1.1簡介................................................1 1.1.2 乳液之分類.........................................2 1.2 乳化聚合反應.........................................4 1.3 乳化聚合反應之應用...................................7 1.4 研究背景及目的.......................................8 第二章 文獻回顧.......................................9 2.1 乳化聚合反應的成核機構...............................9 2.1.1 微胞粒子核心形成機構...............................9 2.1.2 均質粒子核心形成機構..............................11 2.1.3 凝聚粒子核心形成機構..............................12 2.1.4 單體液滴粒子核心形成機構..........................13 2.2 乳液安定性..........................................14 2.3 維持安定性的機構....................................16 2.3.1 靜電安定性........................................16 2.3.2 立體障礙安定性....................................19 2.4 其它文獻............................................20 第三章 實驗..........................................24 3.1 藥品................................................24 3.2 儀器和設備..........................................25 3.3 實驗方法............................................27 3.3.1 乳化聚合反應實驗..................................27 3.3.2 乳漿粒子粒徑之量測................................34 3.4 實驗程序............................................34 第四章 結果與討論....................................36 4.1 苯乙烯在乳化單體進料之重量比例對乳漿粒子的影響......36 4.1.1 乳漿粒子粒徑數據分析..............................37 4.1.2 粒子安定性數據分析................................41 4.2 非離子型界面活性劑在起始反應器中對乳漿粒子的影響....44 4.2.1 在不同濃度下的非離子型界面活性劑(#5105)對乳漿粒子之影響...45 4.2.2 在不同濃度下的非離子型界面活性劑(D-400E)對乳漿粒子之影響..46 4.2.3 綜合比較非離子型界面活性劑在起始反應器中之濃度對乳漿粒子之影響.47 4.3 非離子型界面活性劑在乳化單體進料之濃度對乳漿粒子的影響..54 4.4 不同分子量之含聚乙二醇的非離子型界面活性劑在起始反應器中對乳漿粒子的影響.62 4.4.1 在不同分子量下的界面活性劑對乳漿安定性之影響......62 4.4.2 在不同分子量下的界面活性劑對乳漿粒子粒徑之影響....64 4.4.3 動力學數據........................................65 第五章 結論與建議....................................68 5.1 結論................................................68 5.2 建議................................................69 參考文獻................................................71 圖目錄 圖2.1-1乳化聚合三種成核機制的示意圖..........................14 圖2.3-1典型的總凝聚位能障礙(Vt/kT)與粒子間距離(H)之關係..18 圖2.3-2兩個吸附ㄧ層親水性長鏈分子(非離子型界面活性劑)之粒子在互相靠近時所產生的熵(ΔS)變化..20 圖2.3-3用來計算兩粒子間立體障礙排斥力之Mackor模式............20 圖3.1-1糊精的結構式..........................................24 圖3.3-1乳化聚合反應裝置......................................28 圖4.1-1粒子粒徑對單體進料中含STY之重量百分比(WSTY)作圖.....39 圖4.1-2 Dp對WSTY之全對數作圖.................................39 圖4.1-3 p.d.對單體進料中含STY之重量百分比(WSTY)作圖........40 圖4.1-4 p.d.對WSTY之全對數作圖...............................40 圖4.1-5粒子之形成、成長與安定性之演變情形....................43 圖4.1-6濾渣百分率對單體進料含STY之重量百分比(WSTY)作圖.....44 圖4.2-1不同單體之 log(Dp)對log(Gn)作圖,其進料單體分別為 (a)2-EHA(b)STY/2-EHA=40/40(c)STY......................50 圖4.2-2不同單體之Scrap對log(Gn)作圖,其進料單體分別為(a) 2-EHA(b)STY/2-EHA=40/40(c)STY...........................53 圖4.3-1不同單體粒徑對#5091的濃度作圖.........................55 圖4.3-2不同單體Scrap對#5091的濃度作圖........................55 圖4.3-3不同單體所使用三種非離子型界面活性劑之log(Dp)對log(Gn)作圖,其進料單體分別為(a)2-EHA(b)STY/2-EHA=40/40(c)STY..............59 圖4.3-4不同單體所使用三種非離子型界面活性劑之log(Scrap)對log(Gn)作圖,其進料單體分別為(a)2-EHA(b)STY/2-EHA=40/40(c)STY..........61 表目錄 表1-1 Macroemulsion、Miniemulsion及Microemulsion之差異性.......4 表3-1 2-EHA/STY系統的實驗配方表...............................29 表3-2改變非離子型界面活性劑(#5105)濃度之實驗配方表..........30 表3-3改變非離子型界面活性劑(D-400E)濃度之實驗配方表.........31 表3-4改變非離子型界面活性劑(#5091)之濃度實驗配方表..........32 表3-5改變不同分子量的非離子型界面活性劑之實驗配方表...........33 表4-1 2-EHA與STY兩種單體之不同重量比..........................36 表4-2不同的#5105濃度之實驗結果數據表..........................46 表4-3不同的D-400E濃度之實驗結果數據表.........................47 表4-4不同單體之粒徑對界面活性劑濃度作全對數圖的相關參數.......50 表4-5不同的分子量之含聚乙二醇的非離子型界面活性劑之實驗結果數據表...64 表4-6不同進料單體所使用不同分子量的界面活性劑之實驗數據表.....65 表4-7單體為2-EHA乳化聚合反應的動力學實驗結果表................67 表4-8單體為STY乳化聚合反應的動力學實驗結果表..................67

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無法下載圖示 全文公開日期 2015/07/22 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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