细乳液法制备系列聚合物微球及其形貌研究

摘要

高分子材料独特的结构和易于改性、易于加工等特点，使其具有其他无机、有机材料不可比拟、不可取代的优异性能。高分子材料广泛应用于科学技术、国防建设和国民日程生活的各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。随着经济社会的快速发展进步和人们对优质、舒适、环保的工作生活环境的更高追求，简单传统的高分子材料已经不能满足现今各行业的要求，因此具有优异性能和不同形貌的新型高分子材料例如不对称高分子聚合物材料、空心高分子聚合物材料和核壳结构高分子聚合物材料等成为当下高分子方向研究的热点。其中不对称高分子聚合物材料和空心高分子聚合物材料已经得到了很广泛的研究。科研工作者们提出了多种多样的制备不对称高分子聚合物材料和空心高分子聚合物材料的方法，同时部分新型高分子聚合物材料产品也已应用于实际生产生活中。但目前提出上述两种聚合物材料的制备方法大都步骤繁琐，制备时间较长，并对生产过程中的使用设备有非常严格的要求，且反应过程中的条件参数较难控制。上述情况对新型高分子聚合物材料产品的大规模生产和广泛应用是造成了巨大的阻碍。与其它几种制备方法相比较，细乳液聚合法制备新型高分子聚合物材料的过程对仪器设备要求简单且所需反应时间较短，成为新型高分子聚合物材料制备的重要方法。本课题采用细乳液的聚合方法，一步制备出了一系列新型高分子聚合物材料，并对聚合物材料的形貌和应用性能进行了探究。具体研究内容及实验结果如下:
　　本文第一部分首先介绍了细乳液制备方法的特点和优势以及细乳液方法在不同种类高分子聚合物粒子制备中的应用。细乳液法不仅能够用于制备稳定的单分散的纳米级的简单聚合物粒子的乳液，还能够用于制备其他种类的纳米级的粒子，如中空粒子、介孔粒子、核壳结构粒子和Janus不对称粒子等。其次本文第一部分重点介绍了Janus不对称粒子和中空粒子的几种主要制备方法和各种制备方法的优劣。Janus不对称粒子的制备方法中微流体合成法、拓扑选择表面改性法、模板自组装法等对所用的仪器设备要求较严格且制备Janus不对称粒子的工序繁琐，对不对称粒子的大规模合成制备是不适用的。细乳液聚合的制备方法基于相分离这一原理，对所用仪器设备要求简单，制备过程能实现Janus不对称粒子的一步合成。
　　本文第二部分通过一步种子乳液聚合研究了Janus不对称粒子的制备、形貌及性能:首先采用细乳液的方法制备出了聚甲基丙烯酸甲酯聚合物微球，以此作为种子乳液。之后实验再添加苯乙烯作为第二单体。苯乙烯单体进入聚甲基丙烯酸甲酯种子微球内后在残余自由基的作用下聚合。两相聚合物相互作用最终形成Janus不对称粒子。实验研究了种子乳液交联度、第二单体苯乙烯的滴加速度和第二单体苯乙烯的加入量对最终Janus不对称粒子形貌的影响，同时采用透射电镜(TEM)、红外(FT-IR)测试方法对所制备的Janus不对称粒子形貌、化学结构进行了表征分析。
　　本文第三部分采用了细乳液聚合法，以苯乙烯为单体，十二烷基磺酸钠(SDS)为乳化剂，二乙烯基苯(DVB)为交联剂，十六烷(HD)为助稳定剂，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂制备了聚苯乙烯不对称微球。实验通过滴加第二单体丙烯酰胺，在聚苯乙烯的界面处利用残余自由基继续引发聚合生成聚苯乙烯-丙烯酰胺微球。本实验研究了乳化剂的用量、石蜡/苯乙烯质量比和不同种类引发剂对聚苯乙烯半球形貌的影响。通过TEM测试结果可知:通过细乳液聚合所得的聚苯乙烯微球，实验中乳化剂的用量对其形貌影响比较大。丙烯酰胺滴加入反应系统后在聚苯乙烯的界面处能够继续聚合，最终生成具有两亲性的Janus不对称粒子。
　　本文第四部分采用细乳液聚合方法一步制备出了聚甲基丙烯酸甲酯中空聚合物粒子。实验使用了烷基二苯醚二磺酸钠(DB-45)作为聚合反应的乳化剂。烷基二苯醚二磺酸钠(DB-45)为双阴离子表面活性剂，具有卓越的乳化、润湿功能。烷基二苯醚二磺酸钠特殊的乳化能力使得实验能够一步制备出聚甲基丙烯酸甲酯中空粒子。实验研究了乳化剂种类、乳化剂用量和反应单体种类对聚合物粒子形貌的影响。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 细乳液聚合法用于制备不同形貌、不同性能材料

1．1．1 细乳液法制备梯度聚合物

1．1．2 细乳液法制备氧化锌纳米粒子

1．1．3 细乳液法制备聚合物纳米微胶囊

1．1．4 细乳液法制备无机核壳复合纳米粒子

1．1．5 细乳液法制备空心纳米微粒

1．1．6 细乳液法制备介孔粒子

1．2 Janus不对称复合材料

1．2．1 不同类型Janus粒子的制备方法

1．2．2 Janus不对称粒子的应用

展望

本文的研究内容和创新之处

本文的研究内容

本文的创新之处

参考文献

第二章 细乳液法一步制备有机不对称粒子

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器与药品

2．2．2 实验合成工艺

2．2．3 测试项目与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 有机不对称粒子形成原理

2．3．2 不对称微球的红外测试

2．3．3 不对称微球的TEM形貌测试

2．4 本章小结

参考文献

第三章 细乳液法一步制备两亲性不对称粒子

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与药品

3．2．2 实验合成工艺

3．2．3 不对称粒子的表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 聚苯乙烯的红外谱图分析

3．3．2 聚苯乙烯-丙烯酰胺的红外谱图分析

3．3．3 不同乳化剂含量下的PS微球形貌

3．3．4 不同原料比例下的PS微球形貌

3．3．5 聚苯乙烯-丙烯酰胺不对称粒子的TEM

3．4 本章小结

参考文献

第四章 细乳液法一步制备聚合物空心微球

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与药品

4．2．2 实验合成工艺

4．2．3 不对称粒子的表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 聚甲基丙烯酸甲酯的红外图谱

4．3．2 不同种类乳化剂对微球形貌的影响

4．3．3 不同种类聚合单体微球形貌

4．3．4 乳化剂含量对微球形貌的影响

4．3．5 聚合物微球的DSC测试

4．4 本章小结

参考文献

第五章 全文结论

致谢

读研期间发表的论文及专利