高硅含量硅—丙核/壳乳液的低温合成与表征

论文摘要

性能互补的聚丙烯酸酯与聚硅氧烷复合具有重要的应用价值,但聚丙烯酸酯和聚硅氧烷相容性差,常规聚合技术很难使二者有机融合在一起。本文详细介绍了聚丙烯酸酯和聚硅氧烷的复合手段,阐述了核/壳乳液聚合技术的合成方法,并剖析了其聚合机理;通过概述国内外研究现状及进展,指出核/壳型硅.丙乳液具有广阔的应用前景。以八甲基环四硅氧烷（D4）、四甲基四乙烯基环四硅氧烷（Vi-D4）为有机硅单体,以阴离子乳化剂和非离子乳化剂为复合乳化剂,以十二烷基苯磺酸为催化剂进行了环状有机硅的阴离子开环聚合。采用预乳化一次性投料法,增加了有机硅在体系中的反应时间,提高了转化率。以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）为主要共聚单体,丙烯酸羟丙酯（HPA）、丙烯酸（AA）等为亲水功能性单体,以烯丙基聚醚类反应性乳化剂（M-1、M-2）为复合乳化剂,采用氧化.还原（K2S2O8-.NaHSO3）和水溶性偶氮（VA-044）复合引发体系,通过种子乳液聚合技术在低温下合成了高硅含量（15%）的、凝聚物生成量少的硅.丙核/壳乳液。系统探讨了乳化剂的种类及用量、引发剂用量、活性物含量、有机硅用量、反应温度、:MMA与BA的比例、HPA用量、Vi-D4用量等因素对单体的转化率、接枝率、乳胶膜吸水率、乳胶粒形貌及粒径分布的影响。通过正交试验法确定了最佳合成条件为:乳化剂用量0.66g,引发剂用量2000mg·Kg-1,活性物含量30%,有机硅用量15%,反应温度50℃。借助于红外光谱、透射电镜（TEM）、激光粒度分布等手段,对所制备的共聚物乳液产品微观特征进行了表征,证明所得产品是硅氧烷和丙烯酸酯的共聚物,且具有核/壳结构;同时,采用Zeta电位测定、热失重分析、差示扫描量热分析,拉伸性能测试等手段对乳液产品的稳定性和乳胶膜应用性能进行了测试,研究有机硅的加入对乳胶膜的耐热性能和力学性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 有机硅简介
• 1.2 乳液聚合研究进展
• 1.3 丙烯酸酯聚合物改性研究概述
• 1.3.1 有机硅改性丙烯酸酯乳液
• 1.3.2 聚氨酯改性丙烯酸酯乳液
• 1.3.3 氟改性丙烯酸酯乳液
• 1.3.4 其它
• 1.4 有机硅改性丙烯酸酯聚合物的方法
• 1.5 核/壳乳液聚合新技术
• 1.6 硅-丙聚合物国内外研究现状
• 1.7 硅-丙核/壳乳液研究进展
• 1.8 硅-丙聚合物的应用
• 1.8.1 在涂料方面的应用
• 1.8.2 在胶粘剂方面的应用
• 1.8.3 在功能纸方面的应用
• 1.9 本论文的研究内容和创新之处
• 2 有机硅开环聚合工艺研究
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 制备与表征
• 2.2.1 制备
• 2.2.2 开环率的测定
• 2.2.3 漂油量的测定
• 2.3 “漂油”问题的分析和解决
• 2.4 开环聚合影响因素
• 2.4.1 乳化剂用量的影响
• 2.4.2 活性物含量的影响
• 2.4.3 反应温度和时间的影响
• 2.4.4 催化剂用量的影响
• 2.4.5 Vi-D4 用量的影响
• 2.5 最佳合成条件的确定
• 2.6 本章小结
• 3 硅-丙核/壳乳液聚合工艺研究
• 3.1 试剂与仪器
• 3.2 制备与表征
• 3.2.1 制备
• 3.2.2 单体转化率测定
• 3.2.3 单体接枝率测定
• 3.2.4 激光粒度分析
• 3.2.5 透射电镜分析
• 3.2.6 红外光谱分析
• 3.3 聚合工艺影响因素
• 3.3.1 乳化剂的影响
• 3.3.2 有机硅用量的影响
• 3.3.3 VA-044 用量的影响
• 3.3.4 活性物含量的影响
• 3.3.5 HPA 用量的影响
• 3.3.6 MMA:BA 的影响
• 3.3.7 Vi-D4 用量的影响
• 3.4 最佳合成条件的确定
• 3.5 本章小结
• 4 硅-丙乳液稳定性研究
• 4.1 稳定性简介
• 4.1.1 乳胶粒稳定作用
• 4.1.2 乳液稳定的理论
• 4.2 仪器与表征
• 4.2.1 仪器
• 4.2.2 凝聚物生成率测定
• 4.2.3 Ca2+离子稳定性测试
• 4.2.4 冻融稳定性测试
• 4.2.5 Zeta 电位测定
• 4.3 硅-丙乳液稳定性影响因素
• 4.3.1 乳化剂的影响
• 4.3.2 VA-044 用量的影响
• 4.3.3 有机硅用量的影响
• 4.3.4 pH 值的影响
• 4.3.5 功能性单体用量的影响
• 4.3.6 活性物含量的影响
• 4.3.7 搅拌速率的影响
• 4.3.8 有机硅对乳液冻融稳定性的影响
• 4.4 本章小结
• 5 乳液粘度及胶乳膜性能研究
• 5.1 仪器与表征
• 5.1.1 仪器
• 5.1.2 旋转粘度测定
• 5.1.3 乳胶膜的制备
• 5.2 聚合工艺对乳液粘度的影响
• 5.2.1 活性物含量的影响
• 5.2.2 乳化剂用量的影响
• 5.2.3 功能性单体用量的影响
• 5.2.4 有机硅用量的影响
• 5.2.5 引发剂用量的影响
• 5.2.6 MMA 含量的影响
• 5.2.7 pH 值的影响
• 5.3 硅-丙乳胶膜性能研究
• 5.3.1 乳化剂用量的影响
• 5.3.2 有机硅用量的影响
• 5.3.3 引发剂用量的影响
• 5.3.4 活性物含量的影响
• 5.3.5 功能性单体用量的影响
• 5.3.6 MMA:BA 的影响
• 5.3.7 有机硅对共聚物Tg 的影响
• 5.3.8 有机硅对共聚物耐热性能的影响
• 5.3.9 有机硅对乳胶膜力学性能的影响
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录