分散聚合法大粒径苯乙烯共聚物微球的制备和表征

摘要

大粒径单分散聚合物微球是近20年来开发的一类新形高分子粒子，在电子工业、标准计量、情报信息、化学化工、医学免疫及生物化学等许多领域有着广阔的应用前景，尤其是已深入到某些高尖端领域中（如液晶显示器衬垫、药物及催化剂载体等），因而对这类材料的研究越来越受到重视。目前，大多数研究所制备的聚合物微球粒径小于3.0μm，在液晶显示器衬垫和液相色谱填料等方面应用受到一定的限制。
　　 本论文以液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）衬垫为背景，通过选择合理的分散聚合体系，以苯乙烯（St）为单体、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为稳定剂、偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂、二乙烯基苯（DVB）为交联剂，考察了不同聚合参数，诸如：不同加料方式，初始单体苯乙烯（St）含量、引发剂偶氮二异丁腈（AIBN）含量、分散稳定剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）含量、交联剂二乙烯基苯（DVB）含量、分散介质（乙醇与水的比例）的极性和反应聚合时间等对聚合反应体系稳定性以及制得微球粒径及其分布的影响。系统研究和优化了单分散聚合物微球的制备工艺，通过工艺的控制，调节聚合物微球的表面形貌、交联度、硬度、粒径大小等微球具体参数，制备出了粒径在3.58μm～8.03μm的单分散微米级非交联聚苯乙烯微球和平均粒径6.60μm二乙烯基苯交联聚苯乙烯微球。
　　 实验结果表明：分散稳定剂用量的增加使聚苯乙烯微球粒径减小，单体和引发剂用量的增加，使聚苯乙烯微球的粒径增大，反应介质极性的增大使聚苯乙烯微球的粒径减小，而反应温度升高则使聚苯乙烯微球粒径增大。在St质量占聚合反应体系的15～25％；AIBN，PVP分别占苯乙烯单体质量1.0％～3.0％，4.0～5.0％；醇水质量比例95：5～80：20；反应温度75℃；反应时间24 h的条件下制备了平均粒径为3.58μm～8.03μm，分散系数小于0.1的单分散聚苯乙烯微球；且制备的微球球形度好，表面光滑，无破损，无缺陷。在St含量占反应体系15％、DVB，AIBN，PVP分别占苯乙烯单体质量1.0％，5.0％，15.0％；醇水比例95：5；反应温度75℃；时间24 h的条件下，制备了平均粒径为6.60μm、分散系数为0.05的二乙烯基苯交联聚苯乙烯微球。St在无水乙醇介质中分散聚合时伴有溶液聚合现象，当w（St）>30％（基于聚合体系质量）、w（AIBN）>4.0％（基于苯乙烯质量）时，均可明显降低聚苯乙烯微球的单分散性。采用激光粒度仪、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（IR）、差热扫描量热仪（DSC）、热重分析仪（TG）等多种分析测试方法对制得的聚合物微球进行表征，微球表面形貌光滑，单分散性能较佳，具有较好的球形度。热稳定性分析结果显示，二乙烯基苯交联聚苯乙烯微球的耐热性明显优于线形聚苯乙烯微球。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1单分散聚合物微球概述

1.2单分散聚合物微球的制备方法

1.2.1悬浮聚合

1.2.2乳液聚合

1.2.3分散聚合

1.2.4种子聚合

1.2.5 SPG(Shirasu Porous Glass)膜乳化法

1.3单分散聚合物微球的应用

1.3.1在电子电气工业中的应用

1.3.2.在标准计量中的应用

1.3.3在医药和生物化学领域中的应用

1.3.4在分析化学中的应用

1.3.5在化学工业中的应用

1.3.6其他领域的应用

1.4导电高分子粒子的研究进展

1.4.1导电粒子在LCD产业中的应用

1.5本课题研究的意义

1.5.1本课题研究的意义

1.5.2本课题研究的主要内容

1.5.3本课题创新点

2.实验部分

2.1聚合物微球的制备

2.1.1实验药品及其规格

2.1.2实验主要仪器

2.1.3分析主要仪器

2.1.4实验装置

2.1.5实验前原料的预处理

2.1.6聚合物微球的制备

2.2分散聚合反应转化率的测定

2.3聚合物微球的表征

2.3.1聚合物微球外观形貌和粒径大小的表征

2.3.2聚合物微球红外光谱(IR)分析

2.3.3聚合物微球差热扫描量热(DSC)分析

2.3.4聚合物微球的热重(TG)分析

3.结果与讨论

3.1分散聚合反应时间对转化率的影响

3.2加料方式对聚苯乙烯微球粒径及其分布的影响

3.3单体St浓度对聚苯乙烯微球粒径及其分布的影响

3.4分散介质极性对聚苯乙烯微球粒径及其分布的影响

3.5引发剂AIBN用量对聚苯乙烯微球粒径及其分布的影响

3.6分散稳定剂PVP用量对聚苯乙烯微球粒径和粒径分布的影响

3.7聚合反应温度对聚苯乙烯微球粒径和粒径分布的影响

3.8分散聚合机理探讨

3.9单分散聚苯乙烯微球的表观形貌和粒度分布

3.10交联剂二乙烯基苯对聚苯乙烯微球粒径和粒径分布的影响

3.10.1交联微球配方的确定

3.10.2交联剂二乙烯基苯(DVB)含量对St转化率的影响

3.10.3交联剂二乙烯基苯(DVB)含量对交联微球形貌的影响

3.11聚苯乙烯微球的TG分析

3.12聚苯乙烯微球DSC分析

3.13聚苯乙烯微球的溶解性实验

4.结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文