丙烯酸酯核壳乳液合成及研究.pdf

湖南大学
硕士学位论文
丙烯酸酯核壳乳液的合成及研究
姓名:刘慎
申请学位级别:硕士
专业:化学工程
指导教师:邓剑如;欧国光
20031101
摘要本课题采用种子乳液分阶段聚合半连续滴加单体的方法,制备出了具有核壳结构的聚合物乳液,并对其聚合反应动力学进行了深入研究;运用简化的经典理论进行了热力学平衡形态的研究,进而定性预测出所制备的聚合物形态,并用透射电子显微镜云湓げ庑翁辛吮碚鳎桓菥酆衔锊AЩ温度的变化,设计出具有不同核壳结构的乳胶粒,并分别讨论了不同的核壳结构及对乳液性能的影响,这是本论文的创新点。其主要研究内容如下:首先确定了聚丙烯酸酯乳液聚合的合成组分及最佳合成工艺,研究了不同的聚合方法及反应温度对乳液性能的影响,发现反应温度为℃时,采用种子乳液分阶段聚合是获得核壳聚合物乳液的最佳条件。然后在此基础上进一步讨论核壳乳液聚合的影响因素,重点研究了种子乳液聚合中乳化剂的影响,利用界面张力法测出了种子乳液的临界胶柬浓度并以此确定了种子聚合和壳层聚合中乳化剂用量及配比,研究了宫能团单体、引发剂、水单体比等对乳液成膜性能、粘接性能及膜强度的影响。进一步研究了反应体系聚合动力学的影响规律并对其进行了理论上的阐述。最后运用热力学分析和界面自由能最小原理,对复合乳胶粒结构形态进行预测,并通过透射电子显微镜云湓げ庑翁醒橹ぁ8菥酆衔锊AЩ度的变化,设计及合成出具有不同核壳结构的复合乳胶粒和具有不同使用性能的聚合物乳液,从而达到设计和控制乳胶粒结构形态的目的。关键词:丙烯酸酯、乳液聚合、核壳结构、合成、表征,
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。橐壕酆霞捌涮氐乳液聚合是单体在水介质中,由乳化剂分散成乳液状态进行的聚合。体系主要由单体、水、乳化剂及水溶性引发剂四种基本组分组成。它的较为完善的定义是:在用水和其他液体作介质的乳液中,按胶束成核机理或均相成核机理生成彼此孤立的乳胶粒,并在其中进行自由基加成聚合或离子加成聚合来生产高聚物的一种聚合方法。与本体聚合、溶液聚合及悬浮聚合相比,乳液聚合具有独特的优运鞣稚⒔橹剩哿踩ā橐旱恼扯群艿停⒂刖酆衔锏姆肿恿课薰兀庥欣诮涟琛⒋群凸艿输送,便于连续操作。酆纤俾士欤辈锓肿恿扛撸梢栽诮系偷奈露认戮酆稀乳液聚合的主要组分是单体、水、乳化剂和引发剂。.单体能进行乳液聚合的单体数量很多,在目前的工业生产中,应用比较广泛的有:乙烯基单体,如苯乙烯、乙烯、醋酸乙烯酯、氯乙烯、偏二氯乙烯等:共轭二烯单体,如丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯等;丙烯酸及甲基丙烯酸系单体,如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、丙烯腈等。对共聚合单体而言,如果其中一个单体极难溶于水,而另一个单体非常容易溶于水,但不溶于前一单体,则共聚合反应难以发生。研究表明,单体的水溶性会影响聚合速率,不同的单体在水中的溶解度差别很大。对水溶性大的单体的乳液聚合动力学研究发现保孀诺ヌ逅苄缘脑龃螅匀榛僚ǘ鹊姆从妒跎伲如图尽S赏伎梢钥闯觯ヌ迦芙舛群头从妒浯嬖谧乓欢ǖ暮系。增加单体的水溶性至少有两个作用:①有利于在水相中的溶液聚合,而不利点【浚
囊引发剂是乳液聚合配方中最重要的组分之一,引发剂的种类和用量会直接影子量!⒕酆戏从λ俾省牒途酆衔锶橐旱奈榷ㄐ缘染忻飨缘挠跋臁H榛僚于在乳胶粒中的聚合;②自由基链倾向于由乳胶粒向水相解吸。单体的水溶性越大,聚合物的亲水性则越大。极性单体的水溶性将主要影响反应地点与颗粒形成机理】。乳化帮属于表面活性剂,是可以形成胶束的一类物质,在乳液聚合中起着重要作用。它可以降低表面张力、界面张力,起乳化、分散、增溶作用。根据乳化剂分子中亲水基团性质的不同,可以将乳化剂分成四类,即阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂、非离子型乳化剂和两性乳化剂。在乳液聚合中,乳化剂的种类和浓度对乳胶粒直径及数目、聚合物分度越大,胶柬数目>驮蕉啵唇菏砩傻娜榻毫J恳簿驮蕉啵碞就越大,就越小。乳化剂种类不同,其特性参数临界胶束浓度⒕奂及单体的增溶度等各不相同。当乳化剂用量和其它条件相同时,翟叫聚集数越大或增溶度越大的乳化剂成核几率大,所生成的乳胶粒多,即越大,越小,酱螅琈礁摺响产品的产量和质量,并影响聚合反应速率。乳液聚合过程对其所采用的引发剂有着特殊的要求,大多不溶于单体,而溶于连续相,,%图卜ヌ逶谒械娜芙舛重量%肴榛僚ǘ鹊姆从妒涞墓叵登卜己酸乙烯酯籲二甲基苯乙烯:籨甲基苯乙烯:槐揭蚁谆┧岫□ィ一丙烯酸丁酯:丁二烯:基丙烯酸甲酯醋酸乙烯酯:揭蚁┰诩状妓芤褐校篒槐└丙烯醛树脂;丙酸乙烯酯;虚线薸理论值
一—聅‘.橐壕酆侠砺鄣姆⒄热分解引发剂为在受热时可直接分解出具有引发活性自由基的一类物质,一动力学