乳液聚合法制备含乙烯基聚硅氧烷大分子及其性能研究

论文摘要

有机硅聚合物是一类兼具有机/无机材料双重特性的特种高分子,其具有许多优异的理化性能,如耐高低温性、耐候性、疏水性、生理惰性等,因而具有广泛的用途。其中,有机硅乳液已经被广泛应用于纺织印染、医药、交通等行业作为后整理剂、光亮剂、消泡剂、化妆品添加剂、药物载体等。近20年来,八甲基环四硅氧烷（D4）开环乳液聚合制备线型聚二甲基硅氧烷（PDMS）的报道很多,而有关D4与其他含乙烯基有机硅单体的乳液共聚很少报道,特别是以碱催化开环乳液共聚制备含乙烯基聚硅氧烷（Vi-PDMS）大分子的研究鲜见报道。本文以氢氧化钾（KOH）为催化剂,十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和辛基酚聚氧乙烯（10）醚（OP-10）为复合乳化剂,采用四甲基四乙烯基环四硅氧烷（D4Vi）、Y-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（MPS）与D4共聚制备Vi-PDMS大分子乳液。在D4/D4Vi的乳液共聚中,研究了复合乳化剂用量[E]及配比、KOH用量、环硅氧烷用量[M]及配比、反应温度对乳液性能（乳胶粒粒径及其分布、乳胶粒子的ζ电位、聚合物的摩尔质量、乳液稳定性等）的影响。结果表明,聚合较佳条件为：复合乳化剂用量为乳液质量的5.72%,CTAB与OP-10的质量比为1：6,KOH用量为乳液质量的0.191%,环硅氧烷用量为乳液质量的30%以下,D4与D4Vi的质量比为9：1,反应温度为80℃,反应时间为8.5h；此条件下的表观动力学方程为Rp=k[E]0.18[KOH]0.59[M]0.75,表观活化能为Ea=52.77kJ/mol; FTIR证明了D4和D4Vi发生了共聚反应；TEM对乳胶粒子的形貌进行了表征；TGA对共聚物的热稳定性进行了表征；共聚物中乙烯基含量随D4Vi用量的增大而增大。在D4/MPS的乳液共聚中,研究了加料方式、复合乳化剂用量、KOH用量、D4用量、MPS用量、反应温度对乳液性能的影响。结果表明,采用单体连续滴加法可以提高共聚物的稳定性；聚合较佳条件为：当复合乳化剂用量为D4质量的4%,CTAB与OP-10的质量比为1：2,KOH用量为D4质量的0.2-0.4%,D4用量为乳液质量的20%,MPS用量为D4用量的2-4%,MPS在单体D4加完并恒温反应2-3小时后加入,反应温度为80℃；FTIR证明了D4和MPS发生了共聚反应；TGA表明聚二甲基硅氧烷中接枝一定含量的MPS在一定范围内能提升聚合物的热稳定性；共聚物中乙烯基含量随MPS用量的增大而增大,相对误差也相应增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 环硅氧烷开环乳液聚合研究进展
• 1.2.1 阴离子开环乳液聚合研究
• 1.2.1.1 阴离子开环乳液聚合反应机理研究
• 1.2.1.2 阴离子开环乳液聚合胶束成核物理模型研究
• 1.2.1.3 阴离子开环乳液聚合中大颗粒形成机理研究
• 1.2.2 阳离子开环乳液聚合研究
• 1.2.3 聚合反应速率研究
• 1.2.4 乳胶粒粒径研究
• 1.3 有机硅乳液的应用
• 1.3.1 在纺织行业的应用
• 1.3.2 在皮革工业的应用
• 1.3.3 在化妆品中的应用
• 1.3.4 在造纸工业的应用
• 1.3.5 在其他方面的应用
• 1.4 乙烯基聚硅氧烷乳液聚合研究进展
• 1.5 选题的目的与意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料及试剂
• 2.2 实验仪器及设备
• 4/D₄^Vi共聚乳液的制备'>2.3 D₄/D₄^Vi共聚乳液的制备
• 4/MPS共聚乳液的制备'>2.4 D₄/MPS共聚乳液的制备
• 2.5 测试与表征
• 2.5.1 乳液性能测试
• 2.5.2 乳液及其聚合物的表征
• 第三章 结果与讨论
• 4/D₄^Vi的阴离子开环乳液共聚研究'>3.1 D₄/D₄^Vi的阴离子开环乳液共聚研究
• 3.1.1 共聚动力学研究
• 3.1.1.1 复合乳化剂浓度（[E]）对聚合速率的影响
• 3.1.1.2 CTAB与OP-10的质量比对聚合速率的影响
• 3.1.1.3 催化剂浓度（[KOH]）对聚合速率的影响
• 3.1.1.4 环硅氧烷浓度[M]对聚合速率的影响
• 4与D₄^Vi的质量比对聚合速率的影响'>3.1.1.5 D₄与D₄^Vi的质量比对聚合速率的影响
• 3.1.1.6 反应温度对聚合速率的影响
• 3.1.2 影响乳液性能主要因素的研究
• 3.1.2.1 复合乳化剂用量对乳胶粒粒径及其分布的影响
• 3.1.2.2 复合乳化剂用量对乳液耐电解质相对稳定性的影响
• 3.1.2.3 复合乳化剂用量对乳胶粒ζ电位的影响
• 3.1.2.4 CTAB用量对乳液性能的影响
• 3.1.2.5 CTAB与OP-10的质量比对乳液性能的影响
• 3.1.2.6 KOH用量对乳胶粒粒径及其分布的影响
• 3.1.2.7 KOH用量对乳液耐电解质相对稳定性的影响
• 3.1.2.8 KOH用量对乳胶粒ζ电位的影响
• 3.1.2.9 KOH用量对聚合物摩尔质量的影响
• 3.1.2.10 KOH用量对乳液性能的影响
• 3.1.2.11 环硅氧烷用量对乳胶粒粒径及其分布的影响
• 3.1.2.12 环硅氧烷用量对乳液性能的影响
• 3.1.2.13 反应温度对乳胶粒粒径及其分布的影响
• 3.1.2.14 反应温度对乳液耐电解质相对稳定性的影响
• 3.1.2.15 反应温度对乳胶粒ζ电位的影响
• 3.1.2.16 反应温度对聚合物摩尔质量的影响
• 3.1.2.17 反应温度对乳液性能的影响
• 3.1.3 共聚物的FTIR分析
• 3.1.4 乳胶粒子形貌分析
• 3.1.5 共聚物的热火重分析
• 3.1.6 共聚物中乙烯基含量的测定
• 3.1.7 小结
• 4/MPS乳液共聚研究'>3.2 D₄/MPS乳液共聚研究
• 3.2.1 影响乳液性能主要因素的研究
• 3.2.1.1 加料方式对乳液性能的影响
• 3.2.1.2 复合乳化剂用量对乳胶粒径及其分布的影响
• 3.2.1.3 复合乳化剂用量对乳液性能的影响
• 4转化率与乳胶粒粒径的影响'>3.2.1.4 KOH用量对D₄转化率与乳胶粒粒径的影响
• 3.2.1.5 KOH用量对乳液性能的影响
• 4用量对乳胶粒粒径及其分布的影响'>3.2.1.6 D₄用量对乳胶粒粒径及其分布的影响
• 3.2.1.7 MPS用量对乳液性能的影响
• 3.2.1.8 MPS加入时间对乳液性能的影响
• 3.2.1.9 MPS用量对乳胶粒ζ电位的影响
• 3.2.1.10 反应温度的影响
• 3.2.2 共聚物的FTIR分析
• 3.2.3 共聚物的热失重分析
• 3.2.4 共聚物中乙烯基含量的测定
• 3.2.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢