水溶性单体聚合法制备无皂苯丙乳液及其在纸张涂布中的应用

摘要

无皂乳液聚合技术是在传统乳液聚合的基础上发展起来的，该技术制得的颗粒大小均一，分散性好，产品可直接使用，避免了除去乳化剂所进行的复杂的后续处理工艺，改进了传统乳液中因为乳化剂的加入对乳液聚合产物耐水性、附着力等性能的不良影响，同时降低了产品成本。本论文采用过硫酸铵作为引发剂，软硬单体分别为丙烯酸丁酯(BA)和苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)，引用丙烯酸(AA)作为功能单体，采用水溶性单体共聚技术，生成了四元无皂苯丙乳液，采用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和差热扫描量热分析仪(DSC)和透射电子显微镜(TEM)分别对乳液结构、热性能及粒子分布形态进行了表征。
　　 探究了预乳化乳液聚合工艺和水溶性单体技术在乳液聚合中的突出特点，并通过单因素试验考察了引发剂用量、功能单体AA的用量、聚合单体的选择和用量、聚合温度、中和度等不同条件下制得的无皂乳液粒径及性能，得到了不同条件下性状不同的无皂苯丙乳液，并通过分析影响因素得出了无皂苯丙乳液的最佳制备条件。最佳工艺条件:聚合体系反应温度为78℃左右，搅拌速率为200r/min，AA用量为4.5％（相对单体总质量，下同），中和度(n(NaOH)∶n(AA)）为0.8，引发剂用量（相对于单体总质量，下同）为1.2％，m(BA)∶m(St+MMA)=4∶6。在最佳工艺条件下可顺利制得凝胶率小、固含量高、稳定性好的无皂乳液。
　　 利用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和差热扫描量热分析仪(DSC)对最佳条件下制备的无皂乳液进行测试。结果表明，苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸单体之间发生自由基聚合反应;马尔文纳米粒度分析仪测定出乳液粒子平均粒径为114.9nm，透射电镜(TEM)下显示出的无皂乳液粒子分散性较好。
　　 将制得的无皂苯丙乳液作为纸张涂布的胶粘剂使用，并对纸张的白度、平滑度、光泽度以及纸张的抗张强度、环压强度、抗水性进行了系统研究，测试结果表明，经过涂布后的纸张在平滑度、光泽度得到较好的改善，在施胶度、抗张强度与环压强度上有了显著的提高。

目录

摘要

1 文献综述

1．1 无皂乳液聚合概论

1．1．1 无皂乳液聚合的反应机理

1．1．2 无皂乳液聚合的特点

1．2 无皂乳液聚合反应体系的组成

1．3 无皂乳液聚合体系的稳定性

1．3．1 凝胶现象的产生及防止措施

1．3．2 影响无皂乳液聚合体系稳定性的因素

1．3．3 增强稳定性的方法

1．4 无皂乳液的制备方法

1．4．1 离子型引发剂参与无皂乳液制备

1．4．2 水溶性共聚单体参与无皂乳液制备

1．4．3 反应型表面活性剂参与的无皂乳液制备

1．4．4 含有其他种类添加剂的无皂乳液制备

1．4．5 采用合适工艺的无皂乳液制备

1．5 无皂乳液的研究与应用进展

1．5．1 用作涂料和粘合剂

1．5．2 用作纸张表面施胶剂

1．5．3 制备单分散功能性微球

1．5．4 生产复合材料

1．5．5 其他应用

1．6 纸张胶粘剂

1．7 本课题的研究目的及内容

1．7．1 本课题研究的目的和意义

1．7．2 本课题研究的内容

1．7．3 创新点

2 无皂苯丙乳液的制备

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 主要仪器与设备

2．2．3 无皂苯丙乳液的制备

2．2．4 结果分析与结构表征

3 结果与讨论

3．1 无皂苯丙乳液制备工艺

3．2 功能性单体丙烯酸用量的影响

3．3 中和度的影响

3．4 引发剂用量的影响

3．5 聚合单体的选择和配比

3．5．1 聚合单体的选择

3．5．2 聚合单体配比的选择

3．6 聚合温度的影响

3．7 搅拌强度的影响

3．8 聚合时间的影响

3．8．1 预乳化时间的影响

3．8．2 保温时间的影响

3．8．3 聚合总反应时间的影响

3．9 pH调节剂的影响

3．10 产品性能指标

3．11 聚合物结构分析

3．11．1 聚合物红外谱图结果与分析

3．11．2 差热扫描量热结果与分析

3．11．3 粒径测定结果与分析

3．11．4 TEM分析

3．12 小结

4 无皂苯丙乳液在纸张涂布中的应用

4．1 实验部分

4．1．1 涂料原料

4．1．2 实验仪器

4．1．3 应用实验

4．1．4 应用性能测试

4．2 结果与讨论

4．2．1 表面性能

4．2．2 苯丙无皂乳液用量对纸张性能的影响

4．2．3 功能单体AA用量对纸张性能的影响

4．2．4 引发剂用量对纸张性能的影响

4．2．5 聚合单体不同配比对纸张性能的影响

4．2．6 不同干燥温度对纸张性能的影响

4．3 小结

5 结论

5．1 全文总结

5．2 有待解决的问题

致谢

参考文献

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