低VOC含量聚醋酸乙烯酯乳液研究

论文摘要

本文采用半连续种子乳液聚合法,通过优化引发体系及各项工艺参数,制备了低VOC含量聚醋酸乙烯酯（PVAc）改性乳液:（1）分别采用过硫酸铵（APS）、水溶性的偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐（AIBI）和油溶性的偶氮二异丁腈（AIBN）以及两者组成的复合偶氮引发剂制得不同PVAc乳液,对比研究了不同引发剂对PVAc乳液转化率、残余单体含量、分子量及其分布、乳胶粒粒径分布及形貌、Tg和电荷稳定性的影响,并对其成核机理进行了分析。结果表明,水溶/油溶复合偶氮引发制得乳液聚合温度低（65℃）,比其它引发体系制得乳液转化率更高（99.13%）,残余单体含量更低（230.47 ppm）,电荷稳定性更好,引发效率更高。不同引发剂制得乳液聚合物Tg的实际值比理论值偏高,复合偶氮引发乳液因其单体转化率最高,使得其Tg最低。复合偶氮引发乳液聚合中体系存在均相成核、胶束成核、单体液滴成核等多种成核方式,综合了水性和油性引发剂的优点,乳胶粒之间粘结少且有较宽的分子量分布,对其各项性能有较好的影响。（2）分别采用聚丙烯酰胺（PAM）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）代替聚乙烯醇（PVA）作为保护胶体制得不同PVAc乳液,其机械稳定性、冻融稳定性、电解质稳定性较PVA乳液差,而PVA乳液黏度最大。探讨了不同因素对PVAc乳液聚合凝胶现象的影响,通过优化配方及各因素,选择聚合反应温度为65℃,复合偶氮引发剂用量为0.5%,复合乳化剂为2%～3%（SDS/OP-10=1:2）,保护胶体PVA为6%,搅拌强度为160～220 r/min,聚合反应时间大于3 h时,制得乳液表观细腻、黏度适中、性能优良、稳定性最佳。（3）考虑到生产成本及不同功能单体对改性乳液性能及稳定性影响,选择丙烯酸丁酯（BA）用量为25%,在此基础上分别选用丙烯酸（AA）用量为1.5%、N-羟甲基丙烯酰胺（NMA）用量为1.0%、甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）用量为1.0%作为交联功能性单体制得不同改性PVAc乳液,其冻融稳定性、耐水性、耐热性较PVAc均聚乳液都有较大提高,NMA改性乳液最好,HEMA改性乳液好于AA改性乳液。对不同功能单体改性PVAc乳液进行接触角及表面能测试,NMA改性乳液与水接触角最大为61.33°,表面能最低为31.3676 mJ/m2,显示了较好的疏水性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚醋酸乙烯酯乳液的发展
• 1.2 聚醋酸乙烯酯乳液的应用
• 1.2.1 木材加工工业中的应用
• 1.2.2 纸制品行业中的应用
• 1.2.3 纺织行业中的应用
• 1.2.4 建筑工业中的应用
• 1.2.5 其他领域中的应用
• 1.3 聚醋酸乙烯酯乳液的研究进展
• 1.3.1 引发体系方面
• 1.3.2 表面活性剂方面
• 1.3.3 共混改性方面
• 1.3.4 与其他单体乳液共聚改性方面
• 1.3.5 保护胶体改性方面
• 1.3.6 先进聚合技术方面
• 1.4 本课题研究的意义、目的及内容
• 第2章 实验过程与性能测试
• 2.1 实验
• 2.1.1 原料及仪器
• 2.1.2 实验过程
• 2.2 性能测试及表征
• 2.2.1 转化率的测定及聚合速率的计算
• 2.2.2 红外光谱（FT-IR）测试
• 2.2.3 接触角及表面能测试
• 2.2.4 DSC 测试
• 2.2.5 分子量及其分布测试
• 2.2.6 气相色谱仪（GC）测试
• 2.2.7 乳液微球粒径及 Zeta 电位测试
• 2.2.8 稳定性表征
• 2.2.9 耐水性及吸水性表征
• 2.2.10 扫描电镜（SEM）观察
• 第3章 不同引发剂对聚醋酸乙烯酯乳液的影响
• 3.1 前言
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同引发剂对转化率及残余单体含量的影响
• 3.2.2 不同引发剂对成核的影响
• 3.2.3 不同引发剂对分子量及分布的影响
• 3.2.4 不同引发剂对粒径分布及形貌的影响
• 3.2.5 不同引发剂对乳液聚合物玻璃化温度的影响
• 3.2.6 不同引发剂对乳胶粒 Zet 电位的影响
• 3.3 小结
• 第4章 聚醋酸乙烯酯乳液凝胶现象的影响因素
• 4.1 前言
• 4.2 影响乳液聚合凝胶的因素
• 4.2.1 反应温度的影响
• 4.2.2 乳化剂的影响
• 4.2.3 引发剂用量的影响
• 4.2.4 保护胶体的影响
• 4.2.5 油水相比的影响
• 4.2.6 搅拌强度的影响
• 4.2.7 其他因素的影响
• 4.3 小结
• 第5章 不同功能单体在 PVAc 共聚乳液聚合中的影响
• 5.1 前言
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 聚合产物红外光谱分析
• 5.2.2 功能单体用量对共聚乳液性能影响
• 5.2.3 功能单体不同加入方式对乳液的影响
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 致谢