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TPO本身在水中的溶解度極低,但可以通過(guò)一些方法實(shí)現(xiàn)其在水中的穩(wěn)定分散或“溶解”。
首先:TPO很難真正地“溶解”于水,因?yàn)樗且环N非極性的有機(jī)分子。我們通常所說(shuō)的“溶于水”,在工業(yè)和應(yīng)用上更準(zhǔn)確地說(shuō)是 “形成穩(wěn)定的水分散液”。
以下是幾種實(shí)現(xiàn)TPO在水中穩(wěn)定分散的主流方法:
方法一:使用乳化劑/表面活性劑(最常用、最有效的方法)
這是最普遍和工業(yè)化的方法。通過(guò)添加乳化劑,可以降低TPO和水的界面張力,通過(guò)機(jī)械力(如高速攪拌、均質(zhì))將TPO液體分散成微小的液滴,并被乳化劑分子包裹,形成穩(wěn)定的乳液。
操作步驟:
油相制備:將TPO與一種或多種合適的乳化劑混合,可以稍微加熱(如40-50°C)以降低TPO粘度,使其更容易混合。常用的乳化劑包括:
非離子型表面活性劑:如TX系列、AEO系列、司盤Span系列和吐溫Tween系列。它們相容性好,對(duì)體系pH值不敏感。
陰離子型表面活性劑:如十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)。它們能提供更強(qiáng)的靜電排斥力,使乳液更穩(wěn)定。
高分子乳化劑/分散劑:如某些改性聚丙烯酸酯類分散劑。
水相制備:將乳化劑(如果需要的話)溶解于去離子水中。
預(yù)乳化:在高速攪拌下,將油相緩慢加入到水相中,形成粗乳液。
高壓均質(zhì)/高速剪切:將粗乳液通過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)或進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的高速剪切,使TPO液滴粒徑變得非常小(通常達(dá)到微米甚至納米級(jí)),從而獲得穩(wěn)定的白色或微藍(lán)色半透明水分散液。
優(yōu)點(diǎn):技術(shù)成熟,可大規(guī)模生產(chǎn),穩(wěn)定性較好。
缺點(diǎn):引入了乳化劑,可能會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品的性能(如固化膜的性能)產(chǎn)生一定影響。
方法二:制備水溶性TPO衍生物(化學(xué)改性法)
這是一種從分子結(jié)構(gòu)上解決問(wèn)題的思路。通過(guò)化學(xué)合成,在TPO分子上引入親水性的基團(tuán)(如聚乙二醇鏈、羧基、季銨鹽基團(tuán)等),使其本身具備水溶性。
例如:可以合成聚乙二醇改化的TPO,其中PEG鏈段是親水的,而TPO光引發(fā)基團(tuán)是疏水的,整個(gè)分子具有兩親性,可以在水中自組裝形成膠束或直接溶解。
優(yōu)點(diǎn):體系純凈,無(wú)需額外乳化劑,性能可能更可控。
缺點(diǎn):合成工藝復(fù)雜,成本高,目前市場(chǎng)上這類商品相對(duì)較少。
方法三:使用共溶劑(助溶)
對(duì)于一些要求不高的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用,可以嘗試使用能與水和TPO都互溶的有機(jī)溶劑(即“共溶劑”)來(lái)“橋接”,增加TPO的表觀溶解度。
常用的共溶劑包括:
乙醇
異丙醇
丙酮
乙二醇丁醚
N-甲基吡咯烷酮(NMP)
二甲基亞砜(DMSO)
操作步驟:先將TPO溶解在足量的共溶劑中,然后再將該溶液與水混合。
優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)單快捷,適合小規(guī)模實(shí)驗(yàn)。
缺點(diǎn):
溶解度增加有限,通常只能得到低濃度的TPO溶液。
引入了大量揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC),這與水性體系環(huán)保的初衷相悖。
穩(wěn)定性可能不佳,長(zhǎng)時(shí)間放置可能仍會(huì)分層或析出。
總結(jié)與建議
方法 | 原理 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) | 適用場(chǎng)景 |
---|---|---|---|---|
乳化法 | 機(jī)械力+乳化劑形成乳液 | 成熟、有效、可規(guī)模化 | 引入乳化劑,可能影響性能 | 工業(yè)化生產(chǎn)、自配配方 |
化學(xué)改性 | 合成水溶性TPO衍生物 | 體系純凈,性能可控 | 合成難,成本高,商品少 | 高端、特定應(yīng)用,學(xué)術(shù)研究 |
共溶劑法 | 利用溶劑“橋接” | 操作簡(jiǎn)單快速 | 溶解度低,引入VOC,不穩(wěn)定 | 臨時(shí)、小規(guī)模實(shí)驗(yàn)室測(cè)試 |