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含氟聚丙烯酸酯乳液合成及水性涂层耐水性的多尺度关联建模

陈正霞  
【摘要】: 本文研究了含氟聚丙烯酸酯乳液的合成工艺和性能,制备结构可控的含氟聚合物乳胶粒子;利用介观模拟方法-耗散颗粒动力学(DPD)研究了微乳液的相行为和微观结构及氟表面活性剂和氟聚合物之间的相互作用;首次将多尺度用于分析涂料基料耐水性的研究,将分子力学,分子动力学与宏观实验测量关联起来,利用统计方法,建立一个预测复杂体系物理性质的多尺度关联模型。为多尺度模型的建立提供了一条研究思路。主要内容如下: (一)通过预乳化工艺将分散的聚四氟乙烯微粉用于聚丙烯酸酯的改性,确定了最优的合成工艺,证实了PTFE能够提高乳液和膜的性能,而且PTFE改性乳液成膜时,PTFE具有向表层迁移的特点。 (二)通过种子乳液聚合方法,将半连续合成工艺和互穿网络工艺结合,得到了互穿网络型(LIPN)核壳结构含氟聚丙烯酸酯乳液。证实了能够通过控制在壳层含氟单体和固化剂的用量来合成性能优异的含氟乳液。 (三)通过DPD方法获得了微乳液的微观结构和相图;研究了氟表面活性剂与聚四氟乙烯之间的相互作用。发现随着表面活性剂用量的增加,聚合物的均方末端距逐渐增加,说明PTFE长链被溶胀。为改性乳液的合成提供了理论依据。 (四)通过分子动力学模拟方法计算出了不同固化度,不同苯乙烯和丙烯酸用量的聚丙烯酸酯的表面张力;还研究了水分子在聚丙烯酸酯体系中的扩散行为,推断出水分子跳跃方式的扩散机理,得到了水分子的扩散系数D,丙烯酸、苯乙烯比例(水性官能度φ),体系固化度C r之间的关系。结合聚丙烯酸酯膜吸水率实验,通过统计方法建立了一个能够定量地考察膜耐水性的多尺度数学关联模型: g (φ, D, C_r)=0.802 + 21.02φ+ 0.24 D + 0.84C_r - 15.38φC_r- 0.18C_rD


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