可交联聚合型表面活性剂的合成及其在无皂乳液聚合中的应用研究

摘要

可聚合型表面活性剂可以通过化学键与物理吸附双重作用与乳胶粒紧密结合,能解决许多传统表面活性剂使用中的问题,已经引起人们的普遍关注;可交联聚合型表面活性剂拥有两个或两个以上的可聚合基团,因此它在起到可聚合型表面活性作用的同时,还起着交联剂的作用,可以进一步提高粒子的稳定性及耐受性,有望开辟表面活性剂合成与应用的新领域。目前对于可交联聚合型表面活性剂的研究还鲜有报道。
　　 本文采用DCC/DMAP催化法合成了一种新型可交联聚合型表面活性剂——双(马来酸单脂肪醇酯)聚乙二醇酯,并通过改变聚乙二醇和长链脂肪醇的链段长度来改变表面活性剂的HLB值,研究了分子链结构、亲水链段长度、疏水链段长度、浓度、温度等因素对表面活性剂性能的影响,并将双(马来酸单脂肪醇酯)聚乙二醇酯作为一种表面活性单体与苯乙烯进行无皂乳液共聚,得到了具有不同形貌的聚合物微球。通过调节表面活性单体的亲水/疏水链段长度、用量、反应温度等因素控制微球的形貌。具体如下:
　　 1、采用DCC/DMAP催化法合成了不同亲水/疏水链段长度的可交联聚合型表面活性剂,双(马来酸单脂肪醇酯)聚乙二醇酯——Tri-OBEG以及Tri-LBEG,并通过红外、1H NMR、SEC等表征手段验证其结构,各步产物均具有很高的纯度。
　　 2、采用荧光探针法研究了可交联聚合型表面活性剂的临界胶束浓度(CMC),在具有相同HLB值的条件下,BAB三嵌段分子结构可以使可交联聚合型表面活性剂相对于两嵌段结构的表面活性剂拥有更低的CMC值。提高疏水链段的长度可以减小CMC值,但是减短亲水链段的长度并不一定会使CMC值一直减小,这与表面活性剂的BAB三嵌段结构有关。结果表明在所合成的可交联聚合型表面活性剂中,Tri-OBEG2000具有最低的CMC值,约为0.012 mg/ml。
　　 3、采用UV-Vis法研究了可交联聚合型表面活性剂的浊点,结果表明BAB三嵌段结构虽然会使表面活性剂的CMC减小,但同时也会使其浊点降低;浊点随着亲水链段的增长而升高,随着疏水链段的增长而降低,但是后者的影响远小于前者;浓度的增大会使浊点略微降低,但是影响并不明显。
　　 4、将可交联聚合型表面活性剂作为表面活性单体与苯乙烯进行无皂乳液共聚,可以直接得到交联的PS/Tri-OBEG或PS/Tri-LBEG复合微球,表面活性剂的键合率可达到90％以上。亲水链段的长短可能会影响乳液聚合的成核机理,对复合微球的粒径和粒径分布起到决定性的作用,而疏水链段长度的影响相对较小。当用Tri-OBEG800作为乳化剂时,可以得到多孔复合微球,但是同时也伴随着很多实心核壳结构微球;当用Tri-OBEG2000作为乳化剂时,可以得到粒径分布非常均一且粒径可控的PS/Tri-OBEG2000核壳结构复合微球,其粒径大小可以通过调节Tri-OBEG2000的浓度和聚合温度进行微调。在合适的浓度和温度范围内,微球的粒径随着Tri-OBEG2000的浓度的提高而减小,随着聚合温度的提高而增大。