微波辐射聚合制备含氟丙烯酸酯（聚氨酯）共聚物乳液的研究

论文摘要

含氟聚合物乳液是水性含氟涂料中的成膜物质和主要组成部分,主要是将氟单体和乙烯基类单体通过乳液共聚制得,含氟丙烯酸酯聚合物乳液是其中主要的一类。含氟丙烯酸酯聚合物乳液既具有丙烯酸酯聚合物优异的成膜性能、机械性能又具有含氟聚合物的高耐候性、强稳定性、拒水拒油防污等性能,越来越受到人们的青睐,被广泛应用到防污涂料、织物整理、皮革、建筑、光纤、微电子等诸多领域。随着对含氟丙烯酸酯乳液的深入研究发现普通含氟丙烯酸酯乳液存在热粘冷脆等缺点,其机械性能也达不到许多领域的应用要求,因此通过引入交联反应可使涂膜交联形成三维网状结构,进一步提高涂膜的耐介质性、耐沾污性和机械性能。在乳液聚合过程中,用微波辐射加热替代常规加热具有加热速率快、转化率高、能耗低、清洁无污染等优点。本文首先在微波辐射下,以甲基丙烯酸十二氟庚酯为含氟单体,双丙酮丙烯酰胺为功能单体,己二酸二酰肼为交联剂,阴离子十二烷基硫酸钠（SDS）和非离子脂肪醇聚氧乙烯醚（OS-15）复合为乳化剂,在过硫酸钾的引发下,制得了可室温自交联的含氟丙烯酸酯聚合物乳液。用FT-IR和1 H-NMR表征了聚合物的结构；用激光光散射粒度仪（PCS）分析了乳化剂的量、交联单体的量和含氟单体的量对乳液粒径的影响；用透射电子显微镜（TEM）观察了乳胶粒的形貌；研究了乳液聚合稳定性和乳胶膜的吸水率。结果表明,含氟单体量为25%,交联单体量为5%,乳化剂量为5%时,在700W,72℃的微波辐射条件下,反应2.5小时制得的乳液稳定性好,胶膜吸水率低；分析FT-IR和1 H-NMR图谱表明,含氟单体,交联单体,丙烯酸酯单体均参与了共聚反应。将水性聚氨酯与含氟丙烯酯复合,二者在性能上具有很强的互补性,能够充分发挥各自的优势,弥补彼此的不足,获得性能优异的水性树脂基料。本实验先制得阴离子型水性聚氨酯乳液,以此乳液为种子乳液,加入含氟丙烯酸酯单体和丙烯酸酯单体,进行预乳化,用微波辐射替代传统加热方式,加入引发剂进行乳液聚合。亲水单体量为6%,含氟单体量为30%时制得的乳液稳定,涂膜的吸水率明显降低,耐水性提高,耐溶剂型也明显提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 含氟丙烯酸酯聚合物的特性、制备及应用
• 1.1 含氟丙烯酸酯聚合物的特性
• 1.2 含氟丙烯酸酯聚合物制备
• 1.2.1 细乳液聚合
• 1.2.2 核壳乳液聚合
• 1.2.3 微波辐射乳液聚合
• 1.3 含氟丙烯酸酯聚合物的应用
• 2 具有优异性能的含氟丙烯酸酯聚合物乳液
• 2.1 含氟硅丙烯酸酯聚合物乳液
• 2.2 交联型含氟丙烯酸酯聚合物乳液
• 2.3 含氟丙烯酸酯/聚氨酯聚合物乳液
• 2.3.1 非共聚型核壳乳液
• 2.3.2 共聚型核壳乳液
• 3 选题目的及意义
• 第二章 微波辐射聚合制备室温自交联含氟丙烯酸酯乳液
• 1 实验部分
• 1.1 实验原料与仪器
• 1.1.1 主要原料
• 1.1.2 原料及其预处理
• 1.1.3 主要测试仪器
• 1.2 自交联含氟丙烯酸酯乳液
• 1.2.1 微波辐射制备自交联含氟丙烯酸酯乳液（PFA）
• 1.2.2 常规加热制备自交联含氟丙烯酸酯乳液
• 1.3 分析与测试
• 1.3.1 凝胶率的测定
• 1.3.2 单体转化率的测定
• 1.3.3 共聚物FT-IR表征
• 1.3.4 NMR分析
• 1.3.5 乳胶粒的粒径尺寸大小、分布及形态
• 1.3.6 乳液的稳定性测试
• 1.3.7 乳胶膜性能测试
• 2 结果与讨论
• 2.1 共聚物的红外光谱分析
• 2.2 NMR分析
• 2.3 乳胶粒形态分析
• 2.4 影响聚合反应的因素
• 2.4.1 转化率的影响因素
• 2.4.1.1 乳化剂的量对转化率的影响
• 2.4.1.2 交联单体对转化率的影响
• 2.4.1.3 含氟单体对转化率的影响
• 2.4.2 凝胶率的影响因素
• 2.4.2.1 乳化剂的量对凝胶率的影响
• 2.4.2.2 交联单体对凝胶率的影响
• 2.4.2.3 FA对凝胶率的影响
• 2.5 PFA乳胶膜吸水率的影响因素
• 2.5.1 乳化剂对PFA胶膜吸水率的影响
• 2.5.2 交联单体对PFA胶膜吸水率的影响
• 2.5.3 FA对PFA胶膜吸水率的影响
• 2.6 PFA乳胶粒粒径及其分布分析
• 2.6.1 乳化剂对粒径分布和分布指数的影响
• 2.6.2 交联单体对粒径分布及分布指数的影响
• 2.6.3 FA对粒径分布及其分布指数的影响
• 2.7 PFA乳液稳定性
• 3 小结
• 第三章 微波辐射聚合制备含氟丙烯酸酯/聚氨酯乳液
• 1 实验部分
• 1.1 实验原料与仪器
• 1.1.1 主要原料
• 1.1.2 原料及其预处理
• 1.1.3 主要测试仪器
• 1.2 含氟丙烯酸酯/聚氨酯乳液
• 1.2.1 水性聚氨酯乳液（PU）的制备
• 1.2.2 微波辐射制备含氟丙烯酸酯/聚氨酯（PUA）乳液
• 1.3 分析与测试
• 1.3.1 红外光谱（FT-IR）
• 1.3.2 乳胶粒的粒径尺寸大小、分布及形态
• 1.3.3 胶膜的制备
• 1.3.4 SEM分析
• 1.3.5 胶膜吸水率
• 1.3.6 胶膜耐溶剂性
• 2 结果与讨论
• 2.1 红外光谱分析
• 2.2 PUA乳胶粒形态表征
• 2.3 PUA乳胶粒径及其分布
• 2.3.1 亲水单体二羟甲基丙酸（DMPA）对乳胶粒径及其分布指数的影响
• 2.3.2 含氟单体甲基丙烯酸十二氟庚酯对乳胶粒径及其分布指数的影响
• 2.4 SEM观察PUA胶膜的表面形貌
• 2.5 PUA胶膜的吸水率
• 2.5.1 亲水单体对PUA乳胶膜吸水率的影响
• 2.5.2 含氟单体对PUA胶膜吸水率的影响
• 2.6 PUA胶膜的耐溶剂型
• 3 总结
• 第四章 总结
• 1 微波辐射聚合制备室温自交联含氟丙烯酸酷乳液
• 2 含氟丙烯酸醋/聚氨酷的微波辐射制备及研究
• 参考文献
• 附录
• 致谢