乳化原理---用最简单的语言讲清，奠定理解水性涂料的基础

水性涂料

乳液

乳化

这些词语在市场上越来越重要，今天就用简单的语言将“乳化”原理讲讲清楚。乳液聚合是单体在搅拌和乳化剂作用下，在水中形成乳液而进行的聚合反应。

它有如下特点：

• 聚合速度快，聚合物相对分子质量高，相对分子质量分布较溶液聚合的窄。

• 生成的乳胶黏度低，乳胶的黏度和聚合物的平均相对分子质量无关，因此固含量可以很高，可直接用于涂料。

• 聚合反应温度低，传热易于控制。但是因聚合反应中加有乳化剂，聚合物不纯。

除以水为分散相的乳液聚合外，还有以非水介质为分散相的，用途最多的是以水为分散的乳液聚合。

乳化剂或乳化剂体系是乳液聚合本质所在

如甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯是不溶于水的单体，加入水中分为两层，搅拌可以分散成悬浮体系。若加少量乳化剂（即表面活性剂），如十二烷基硫酸钠，则可得到比悬浮体更细的乳液。这样的分散作用叫做乳化作用，乳化剂分子通常由两部分组成：一部分是亲油的长链烷基，另一部分是亲水基。

乳化剂中，十二烷基硫酸钠和十二烷基磺酸钠是所谓的阴离子表面活性剂，十六烷基三甲基溴化铵等为阳离子表面活性剂，壬基酚聚乙二醇醚及多元醇的烷基酯等为非离子表面活性剂。

若以“一”表示乳化剂的亲油性基团，○表示亲水性基团，少量乳化剂加入分层的单体和水中时，就分布于二层之间，如下图

如果加以搅拌，则单体分散于水中，分散的单体微粒周围有乳化剂分子包围，如下图所示（用一个粒子放大表示）。

由于乳化剂的包围使分散了的单体不易碰撞而结合，因此可以使分散体系稳定，单体在水中可以分散得很细，主要不是由于搅拌，而是因为表面活性剂降低了水的表面张力，因而增加了对单体的分散能力。

表面张力低的液体总是倾向于覆盖表面张力大的液体（或固体），这是一个规律。当水的表面张力降至低于单体时，水就可包围单体形成水包油的乳液。

在不加乳化剂时，表面张力大小有如下顺序：

汞>水>醇>苯>汽油

因此当苯水混合时，水成为小珠，但加少量表面活性剂(0.01%)以后，水表面张力可降低一半，因此苯可成小珠分散于水中。不仅如此，乳化剂溶于水中超过一定的浓度自身就成为胶束，胶束是由50~100个乳化剂分子组成的集体，直径在5nm左右。它们可能是棒状，也可能是球状，如下图。

乳化剂的乳化能力往往用这个乳化剂能够形成胶束的最低浓度来表示，此最低浓度也叫临界胶束浓度（简称CMC)。CMC愈小，表示越易成胶束，即乳化能力愈强。形成胶束后，单体就可溶于胶束中，结果使单体在水中的溶解度增加，这叫做增溶作用。

一般说来，阴离子表面活性剂的CMC较低，而非离子表面活性剂的CMC较高。少量的电解质常可降低CMC，这是提高乳化能力的一个方法。