采用可聚合表面活性剂超声辐照乳液聚合制备聚合物纳米粒子

论文摘要

纳米材料的制备与研究是当前研究热点之一,乳液聚合制备纳米级、均匀分散的聚合物乳胶粒还存在许多困难。本文应用新型乳化剂和新聚合技术,采用可聚合表面活性剂作为乳化剂和引发剂,研究了超声辐照乳液聚合制备高分子量的功能型共聚物纳米粒子。 超声辐照乳液聚合的引发机理一直存在争议,至今没有定论。本文详细研究了超声辐照乳液聚合各种可能的引发机理,讨论了在同等反应条件下溶剂、单体、不同种类表面活性剂对反应的影响。研究发现只有离子型表面活性剂在超声辐照下产生的自由基才能有效引发反应,得到较高的单体转化率,而单体、水或非离子表面活性剂分解产生的自由基即使存在,也不能有效地引发反应。离子型表面活性剂中,烷基链长对超声辐照乳液聚合反应影响较小,而离子基因的影响非常明显。自由基捕捉试验和气—质联用分析证明了超声辐照下离子型表面活性剂的断链位置是在长链烷基与氮原子相连的键。 在超声辐照乳液聚合中,首次应用一种离子型可聚合表面活性剂马来酸酐衍生物磺酸钠（M12）,它既是乳化剂又作引发剂,同时可与单体发生共聚反应,制备含表面活性功能基团的共聚物纳米胶乳。本文详细研究了苯乙烯—M12和丙烯酸丁酯—M12两个反应体系。对该聚合反应影响因素的研究结果表明,表面活性剂M12浓度增加、超声波输出功率增加、温度升高、加快氮气流速和单体浓度减少都有利于提高单体转化率。通过FTIR、重量法计算分析表明制得的聚合物是单体与M12共聚物,且随M12加入量的增加,M12共聚组成提高。用凝胶渗透色谱、透射电镜对超声辐照乳液聚合产物的分子量、乳胶粒形貌和大小进行了表征,发现得到的是高分子量（>106）的聚苯乙烯共聚物纳米粒子,粒径为15-45nm,分布较窄,乳胶粒径随M12加入量

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 附录
• 所用参数说明
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究进展
• 1.2.1 声化学
• 1.2.1.1 声化学发展历史
• 1.2.1.2 超声辐照聚合机理研究
• 1.2.2 乳液聚合
• 1.2.2.1 常规乳液聚合和微乳液聚合
• 1.2.2.2 可聚合表面活性剂在乳液聚合中的应用
• 1.3 本文的设想与研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原料与试剂
• 2.2 表面活性大单体合成
• 2.3 聚合反应装置
• 2.4 超声辐照乳液聚合
• 2.5 产物后处理
• 2.6 自由基捕捉试验
• 2.7 测试与表征
• 2.7.1 转化率和固含量
• 2.7.2 密度
• 2.7.3 反应速率和乳胶粒子数
• 2.7.4 聚合物结构分析
• 2.7.4.1 IR谱
• 2.7.4.2 GC-MS测试
• 2.7.4.3 聚合物分子量及分子量分布
• 2.7.5 乳胶粒径、粒径分布及粒子形态
• 2.7.6 聚合物乳液表面张力
• 2.7.7 聚合物乳液稳定性
• 2.7.7.1 机械稳定性
• 2.7.7.2 放置稳定性
• 2.7.7.3 高温稳定性
• 2.7.7.4 低温稳定性
• 2.7.7.5 稀释稳定性
• 2.7.7.6 pH稳定性
• 第三章 超声辐照乳液聚合引发机理研究
• 3.1 超声辐照乳液聚合中初始自由基来源
• 3.2 不同类型表面活性剂对超声辐照乳液聚合的影响
• 3.2.1 在超声辐照乳液聚合中相同烷基链，不同离子基团表面活性剂对聚合反应的影响
• 3.2.2 在超声乳液聚合中采用相同离子基团，不同链长表面活性剂对聚合反应的影响
• 3.3 超声辐照乳液聚合反应的引发机理
• 3.4 小结
• 第四章 采用可聚合表面活性剂在超声辐照下乳液聚合制备聚合物纳米粒子
• 4.1 苯乙烯/表面活性大单体超声辐照乳液共聚
• 4.1.1 超声辐照共聚反应研究
• 4.1.1.1 表面活性大单体对共聚反应的影响
• 4.1.1.2 苯乙烯含量对共聚反应的影响
• 4.1.1.3 超声波强度对共聚反应的影响
• 4.1.1.4 温度对共聚反应的影响
• 4.1.1.5 氮气对共聚反应的影响
• 4.1.2 共聚物结构分析
• 4.1.3 共聚物胶乳的表观形貌和粒径
• 4.1.3.1 反应时间对乳胶粒径的影响
• 4.1.3.2 表面活性大单体对乳胶粒径的影响
• 4.1.4 P（St-M12）共聚乳液稳定性
• 4.2 丙烯酸丁酯/表面活性大单体超声辐照乳液共聚
• 4.2.1 超声辐照乳液共聚反应影响因素研究
• 4.2.1.1 表面活性大单体对共聚反应的影响
• 4.2.1.2 丙烯酸丁酯含量对共聚反应的影响
• 4.2.2 共聚物结构分析
• 4.2.3 乳胶的表现形态和粒径
• 4.2.4 共聚乳液稳定性
• 4.3 小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 声明
• 作者在攻读硕士学位期间发表和待发表的论文