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聚丙烯酸酯/纳米SiO_2复合粒子的原位(细)乳液聚合法制备及应用

戚栋明  
【摘要】:采用纳米SiO_2粒子改性聚合物可以有效提高材料的综合性能。针对目前采用纳米SiO_2粉体改性聚合物时存在的分散不匀、解团聚困难、无机粒子与聚合物相容性差等问题,论文提出了直接以纳米SiO_2分散液为原料,在纳米SiO_2粒子表面引入可反应化合物,并分别通过原位乳液聚合和细乳液聚合制备聚丙烯酸酯(ACR)/SiO_2纳米复合粒子的新方法。对纳米SiO_2粒子表面引发剂的吸附和丙烯酸酯类单体的偶联规律、改性纳米SiO_2粒存在下的原位乳液和细乳液聚合动力学和聚合稳定性、复合乳胶粒子粒径和形态控制、复合乳胶粒子形成机理进行了深入研究,制备得到复合程度高、接枝率大、SiO_2粒子分散性好的复合粒子,并对复合粒子在聚氯乙烯(PVC)等塑料中的应用进行了初步研究。 论文以纳米SiO_2粒子的水分散液为原料,通过原位乳液聚合制备ACR/纳米SiO_2复合粒子。通过调节水相pH值大于SiO_2的等电势点,使纳米SiO_2粒子带负电,进而通过静电作用实现2,2’-偶氮(2-脒基丙烷)二氯化氢(AIBA)引发剂在SiO_2粒子表面的吸附。结果发现,随着AIBA吸附量的增加,纳米SiO_2水相分散稳定性降低,并存在能使纳米SiO_2稳定分散的AIBA吸附上限;AIBA吸附上限随pH值的增加而增大,当pH=10时达到0.208mmol·AIBA/g·SiO_2。DSC和元素分析表明,AIBA吸附效率高(80%),吸附AIBA活性大于未吸附AIBA。 在纳米SiO_2表面吸附AIBA引发作用下,进行丙烯酸酯类单体的原位乳液聚合。发现随着表面吸附AIBA量的增加,聚合速率增加;随着Si_O2含量增加,聚合速率下降,复合乳胶粒子平均粒径变小,分布变宽,储存稳定性降低。聚合前期添加适量的OP-10非离子型乳化剂,聚合后期补加十二烷基硫酸钠(SDS)阴离子型乳化剂,可以显著提高复合胶乳的稳定性。与未进行SiO_2/AIBA预吸附的乳液聚合产物和ACR乳液/SiO_2分散液的物理混合物相比,采用原位乳液聚合得到的产物中ACR/SiO_2复合程度和结合强度发,聚合物接枝率大。 通过TEM和DLS分析发现,原位乳液聚合得到的复合乳胶中,纳米SiO_2粒子以内部包裹(约占30%)、表面镶嵌(约占60%)和水相游离三种方式存在。结合多次离心/分散、HF刻蚀和元素分析发现,内部包裹SiO_2粒子的聚合物接枝率最大(约为16.8%)、表面镶嵌SiO_2粒子的接枝率略小(约为13.4%)、水相游离


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