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有机硅/丙烯酸酯复合共聚物乳液聚合技术及结构性能研究

龚兴宇  
【摘要】: 乳液聚合因具有体系粘度低、传热快、环保以及分隔效应等特点,其产物已广泛运用于涂料、油漆、粘合剂、橡胶和药物缓释胶囊载体等领域。丙烯酸酯乳液具有良好的粘附性、耐腐蚀性及耐候性,已成为涂料和粘合剂领域中的重要种类。但是丙烯酸酯聚合物的分子结构决定了它耐高、低温性及耐水性能较差。利用键能较高、表面能较低的有机硅组分改性丙烯酸酯乳液,提高丙烯酸酯聚合物的耐高、低温性及耐水性能,已成为丙烯酸酯乳液改性的重要方法。 本文对乳液聚合的理论研究进展、新方法、新技术以及有机硅改性丙烯酸酯乳液的国内外研究进展进行了全面的评述,在此基础上确定了有机硅改性丙烯酸酯乳液的三条技术路线,即不饱和有机硅单体与丙烯酸酯单体乳液共聚;合成出以聚有机硅氧烷为核、聚丙烯酸酯为壳的核/壳型微相复合乳液;采用无皂乳液聚合技术合成出不饱和有机硅单体与丙烯酸酯单体的无皂共聚乳液。得到以下结果。 同时采用有机硅单体延迟滴加及添加水解抑制剂等技术,有效防止了γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷在乳液聚合过程中的过渡水解及缩合反应,提高了聚合物大分子链中有机硅链节的含量;利用红外光谱与差示扫描量热仪对产物分子结构进行了表征,并通过对共聚产物力学和吸水率的测试,证实了本研究所制备的有机硅改性丙烯酸酯共聚物具有比纯丙烯酸酯聚合物更优良的力学及耐水性能;从分子设计角度出发,利用醇解反应合成出水解、缩合反应速率较慢的两种新型不饱和有机硅单体:γ—甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷和γ—甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷;利用核磁共振对新型硅烷单体结构进行了证实;研究表明利用新型硅烷单体可以制备出高硅烷含量的有机硅改性丙烯酸酯乳液,且其聚合产物具有较高的力学及耐水性能。 利用接枝反应和种子溶胀半连续滴加技术合成了聚有机硅氧烷/聚丙烯酸酯复合乳液。利用红外光谱、透射电镜、激光粒度仪、表面能谱分析等手段对聚合产物的化学结构及乳胶粒粒子形态进行了表征。结果表明:利用种子溶胀半连续技术和聚有机硅氧烷核与聚丙烯酸酯壳之间的接枝反应成功地制备了聚有机硅氧烷/聚丙烯酸酯核/壳型复合乳液;通过对复合乳液胶膜的力学及耐水性的测试,证实了聚有机硅氧烷/聚丙烯酸酯核/壳型乳胶粒粒子形态能明显提高丙烯酸酯聚合物的耐热、耐水及韧性等性能;利用热力学计算方法对聚有机硅氧烷/聚丙烯酸酯复合乳胶粒的形态进行了理论计算,同时通过对所得热力学数据的分析,证实了降低聚有机硅氧烷与聚丙烯酸酯两相间的界面张力是制备聚有机硅氧烷/聚丙烯酸酯核/壳型复合乳液的技术关键。 西北工业大学博士学位论文 利用无皂乳液聚合技术合成了有机硅改性丙烯酸酷无皂共聚乳液;通过单体 转化率及乳胶粒粒径的测试,研究了共聚单体组成、引发剂浓度、单体浓度、离 子强度、有机硅单体含量对硅一丙无皂共聚合的影响;实验证实,无皂乳液聚合 技术所得共聚产物具有比常规乳液聚合产物更优良的耐水性能;利用反应性乳化 剂烯丙氧基经丙基磺酸钠制备了稳定的硅一丙无皂共聚乳液;通过对其反应动力 学和乳胶粒粒径的研究与测试,探索了反应性乳化剂不同用量对无皂共聚合反应 机理的影响;结果表明:当反应性乳化剂用量大于其临界胶束浓度时,体系成核 机理以胶束成核为主,反之则以均相成核为主;实验结果还表明:反应性乳化剂 的加入使得聚合物大分子链间产生了物理交联点,从而其聚合物的玻璃化物温度 升高;耐水性试验结果表明:利用反应性乳化剂制备的无皂乳液共聚产物具有比 常规乳液共聚物更佳的耐水性能。


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