PMMA/SiO_2复合乳胶粒子的制备及初步放大研究

【摘要】： 聚合物/无机粒子复合材料是一种新型材料，它克服了单纯无机粒子不易加工，有机高分子强度较低、稳定性较差等缺点，在协同效应下，能够得到比无机粒子和有机高分子更新、更优异的性能，已成为材料研究热点和重点。本文采用乳液聚合方法制备了聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅(PMMA/SiO_2)复合粒子；采用红外光谱、热失重、透射电镜以及粒度分析等多种手段研究了改性剂(VCA)、单体(MMA)、二氧化硅(SiO_2)、乳化剂(SDS)的用量以及引发剂的种类与用量对聚合过程以及所得复合粒子的结构和性能的影响，并在配方及工艺条件优化的基础上进行了初步放大研究。 红外光谱和热失重分析结果表明聚甲基丙烯酸甲酯分子接枝到二氧化硅粒子表面，接枝率最高可达54％；透射电镜照片及粒度分析结果表明聚甲基丙烯酸甲酯分子接枝到二氧化硅粒子表面以后，增加了粒子之间团聚的阻力，提高了粒子的分散性。通过评价凝胶含量、接枝率、接枝效率以及收率，对配方和工艺条件进行了优化，结果表明：VCA/(SiO_2+VCA)为1～5％，SiO_2/(MMA+SiO_2)为9～18％，SDS/(SDS+H_2O)为1～3％，KPS/(KPS+MMA)为1～2％，反应温度为60～80℃时，聚合过程稳定，凝胶含量较低，所得复合粒子的接枝率和产品收率均较高，分别可以达到54％和97％，复合乳胶粒子的粒度可达到50～200nm。 以模试釜中的实验结果为基础，通过冷模实验进行搅拌器的选型，并确定搅拌器的安装位置。冷模实验结果表明：选用三叶后掠式搅拌器，安装位置H_b/H_L(搅拌器离釜底的距离与液面高度之比)为1/4时，搅拌效果较好。三 四川大学硕士学位论文 叶后掠式搅拌器的几何参数是:D/T(桨叶直径与釜径之比)为0.5一0.66， B/D(桨叶宽度与直径之比)为0.16，上翘角a为150，后掠角p为300。 测得功率准数与流量准数之比N汀NQ。为4.5，搅拌特性属剪切型，同时具有 一定的混合能力。搅拌聚合装置按几何相似放大，放大准则为单位体积功率 P、保持恒定。根据优化配方和工艺条件进行初步放大。通过重量法、热失重 分析、透射电镜等方法，研究了0.8升、10升、40升和500升四个聚合釜中 聚合反应的动力学，产物的接枝率以及产品在乳液状态的形貌，结果表明: 由各级放大聚合釜聚合的产物能重现模试釜中产物的结构和性能。 通过本文的研究获得了一种制备基于共价键结合的聚合物/无机物复合 乳胶粒子的方法，并成功放大到500升釜规模，为进一步实现通过乳液聚合 制备PMM刀510:复合粒子的大规模工业化生产奠定了坚实的基础。