高固含量聚丙烯酸酯微乳液的合成与性能研究

摘要

聚丙烯酸酯乳液虽在油墨、涂料、粘合剂、抛光材料等领域得到了广泛应用，但传统的聚丙烯酸乳液难以满足对于像高档的木器涂料等的高质量高功能化的迫切需求。因此必须对传统的聚丙烯酸酯乳液进行超微粒子化，即合成聚丙烯酸酯微乳液，则其功能将大大的提高，获得优异的性能，从而满足高质量高功能化的需求。而目前合成聚丙烯酸酯微乳液的常用方法是微乳液聚合法，采用普通乳液聚合法制备聚丙烯酸酯微乳液的尚比较少报道。采用普通乳液聚合法合成得到的是聚丙烯酸酯乳液，虽乳化剂的含量较低，但得到的乳胶粒粒径太大(200～500nm)，其乳胶膜的透明度、成膜性能差，不能满足所需的高质量高功能化的要求;而采用微乳液聚合法合成的聚丙烯酸酯微乳液，则是存在固含量低、乳化剂含量高的突出问题，从而限制了聚丙烯酸酯微乳液在工业上的应用。
　　本课题围绕“粒子设计”的思想，选择甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)为聚合单体，丙烯酸（AA）为功能性单体，反应型乳化剂(Emulsogen APS100)与阴离子乳化剂(OP-10)为复配乳化剂，分别采用改进的普通乳液聚合法和改进的微乳液聚合法对合成乳化剂含量低、固含量高的聚丙烯酸酯微乳液进行研究。
　　主要研究内容及结果有以下几方面:
　　(1)采用改进的普通乳液聚合法合成出乳化剂用量1.5％、单体含量50％，平均粒径39nm、多分散性0.139、固含量高达45％的聚丙烯酸酯微乳液。考察了聚合工艺、乳化体系、引发剂用量及添加顺序、功能单体用量、反应温度、电解质用量、搅拌速度等因素对聚丙烯酸酯微乳液的粒径及性能的影响。并应用透射电镜(TEM)图、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)和凝胶渗透色谱分析(GPC)等对乳液及乳胶膜进行了表征。结果表明:当MMA/BA/AA=68/28/4时，单体含量50％，乳化剂用量1.5％、Emulsogen APS/OP-1=2∶1，引发剂(APS)用量0.15％，电解质用量0.1％，预乳化液温度为20～30℃，合成得到的聚丙烯酸酯微乳液的粒径小，分布窄且性能优异。
　　(2)采用改进的微乳液聚合法合成出乳化剂用量2％、单体含量40％，粒径36.5nm、多分散性0.158、固含量高达39.6％的聚丙烯酸酯微乳液。考察了聚合工艺，乳化剂的种类及用量，引发剂用量及加入方式，单体预乳化液，电解质用量，反应温度等因素对微乳液粒径及乳液性能的影响，实验结果表明:合成高固含量聚丙烯酸酯微乳液的有利条件是: MMA/BA/AA=68/32/4，单体含量40％，乳化剂Emulsogen APS100和OP-10作为复配体系，用量为体系2％，配比为2∶1;引发剂APS的质量浓度为1.5％，聚合反应温度为75℃，NaHCO3浓度0.2％，单体预乳化液温度为45～50℃。
　　(3)实验研究表明，采用改进的普通乳液聚合法和改进的微乳液聚合法都能合成乳化剂用量小、固含量高的聚丙烯酸酯微乳液。但改进的微乳液聚合法对工艺条件的要求比改进的普通聚合法要苛刻得多，且合成得到的聚丙烯酸酯微乳液的性能比改进的普通乳液聚合法较差。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 乳液聚合的发展

1．1．1 乳液聚合的特点

1．1．2 乳液聚合的机理及研究现状

1．2 微乳液聚合

1．2．1 微乳液的定义、结构及性质

1．2．2 微乳液的稳定理论

1．2．3 微乳液聚合体系

1．2．4 微乳液聚合与普通乳液聚合过程的比较

1．2．5 聚合物微乳液的特性及应用

1．3 聚丙烯酸酯微乳液的研究现状

1．3．1 高效乳化剂的研究进展

1．3．2 聚合反应工艺的研究进展

1．3．3 微乳化设备的应用

1．4 聚丙烯酸酯微乳液的配方设计

1．4．1 聚合单体的选择

1．4．2 乳化体系的选择

1．4．3 引发剂的选择

1．5 本课题的研究目的、意义和研究内容

1．5．1 本课题的研究目的和意义

1．5．2 本文的研究内容

第二章 实验部分

2．1 主要原料与试剂

2．2 主要仪器与设备

2．3 实验操作

2．3．1 单体的预处理

2．3．2 改进的普通乳液聚合法实验步骤

2．3．3 改进的微乳液聚合法实验步骤

2．4 乳液性能测试与表征

2．4．1 微乳液的性能测试

2．4．2 乳胶膜性能的测试

2．4．3 乳液的表征方法

第三章 改进的普通乳液聚合法合成高固含量聚丙烯酸酯微乳液的研究

3．1 引言

3．2 普通乳液聚合法制备聚丙烯酸酯微乳液的聚合工艺的选择

3．3 改进的普通乳液聚合法工艺的研究

3．3．1 种子制备阶段的工艺选择

3．3．2 功能性单体丙烯酸的影响

3．3．3 乳化体系的优化

3．3．4 引发剂的影响

3．3．5 电解质的影响

3．3．6 反应温度的控制

3．3．7 预乳化工艺的影响

3．4 聚合物微乳液的结构与性能表征

3．4．1 透射电镜(TEM)图

3．4．2 FTIR谱图

3．4．3 热重(TG)分析

3．4．4 分子量大小及分布

3．5 本章小结

第四章 改进的微乳液聚合法合成高固含量聚丙烯酸酯微乳液的研究

4．1 引言

4．2 微乳液聚合法制备聚丙烯酸酯微乳液的聚合工艺的选择

4．3 改进的微乳液聚合法工艺的研究

4．3．1 单体滴加速度对粒径的影响

4．3．2 乳化剂的种类及用量的影响

4．3．3 单体预乳化液的影响因素研究

4．3．4 引发剂的影响

4．3．5 电解质的影响

4．3．6 聚合反应温度的影响

4．3．7 其他影响因素的确定

4．4 聚丙烯酸酯微乳液的结构与性能表征

4．4．1 透射电镜(TEM)图

4．4．2 FTIR谱图

4．4．3 分子量及其分布

4．4．4 丙烯酸酯微乳液的性能对比

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间完成的论文

声明

致谢