荧光探针法研究硅丙核/壳乳液的聚合及其动力学行为

【摘要】：硅丙核/壳乳液,兼具极性相差很大的有机硅和丙烯酸酯聚合物的优良性能,因此,具有重要的理论研究和应用价值。但是,由于其体系复杂,且绝大多数研究聚合反应的方法通常得不到分子水平的信息,因此,一直以来缺少对其有效的基础研究成果。荧光探针芘I1/I3峰值可以作为测定微环境极性的一个重要指示,其I1/I3值可以反映芘周围环境的极性大小从而在分子水平上探讨硅丙核/壳乳液的聚合过程及其动力学行为。因此,本文利用荧光探针技术对硅丙核/壳乳液聚合过程及其动力学行为进行了研究,结果表明荧光探针技术研究硅丙核/壳乳液聚合过程及其动力学行为是有效的。本文主要从以下几个方面进行探讨: ①采用芘探针,通过对比分析荧光光谱图中芘的第一振动峰(373nm)与第三振动峰(384nm)荧光强度之比(I1/I3)、拉曼散射强度(Is)和芘激基缔合物荧光强度(Ie)的变化规律,对硅丙核/壳乳液聚合过程中体系的微区环境及其聚合行为进行了分析探讨。研究结果表明:(1)芘的I1/I3值可以有效表征乳液的聚合行为及其微环境变化;(2)荧光光谱图中拉曼散射强度可以定性的反映聚合过程中乳胶粒的粒径变化;(3)芘激基缔合物的出现及其荧光强度的变化,能够显示乳胶粒的核壳结构及其互穿网络结构的相关信息。同时,通过产物的粒径和透射电镜的分析表征结果,证明了上述结论的有效性。 ②首次探讨了荧光探针技术在研究硅丙核/壳乳液聚合动力学行为中的应用,证明了用荧光探针技术表征硅丙核/壳乳液聚合速率的可行性。研究结果表明:在壳聚合阶段,芘I1/I3值下降斜率的绝对值|K|∝平均聚合速率R,所以|K|和R之间是呈正相关性的,通过计算|K|就可以半定量的表征平均聚合速率R的大小。并据此判断出壳聚合反应速率随复配乳化剂中阴离子乳化剂用量的增加而增加,在mAS:mOP=3:1时达到最大;随乳化剂用量的增加而增加,在乳化剂与单体的质量比为7%时达到最大;随引发剂用量的增加呈先增长后达到平衡的趋势,当引发剂用量为0.9%时,聚合反应速率达到平衡值;随pH值的增长呈现先增大后降低的趋势,在pH=1时达到最大。 ③核聚合阶段,由于实验过程中发现核聚合阶段转化率较低,且由于核聚合阶段时间短采样点少,虽然芘I1/I3值的变化有规律,但难以做到半定量,所以对核聚合阶段只能进行定性的探讨,研究发现:芘I1/I3值在核聚合阶段随聚合反应的进行而呈现上升的趋势。 ④确定了当乳化剂配比为mAS:mOP=2:1,乳化剂用量为5%,引发剂用量为0.7%,且核聚合阶段pH=1、壳聚合阶段pH=3时,所得的产品具有优良的综合性能。