高固含量聚丙烯酸酯微乳液的合成与性能研究

【摘要】聚丙烯酸酯乳液虽在油墨、涂料、粘合剂、抛光材料等领域得到了广泛应用,但传统的聚丙烯酸乳液难以满足对于像高档的木器涂料等的高质量高功能化的迫切需求。因此必须对传统的聚丙烯酸酯乳液进行超微粒子化,即合成聚丙烯酸酯微乳液,则其功能将大大的提高,获得优异的性能,从而满足高质量高功能化的需求。而目前合成聚丙烯酸酯微乳液的常用方法是微乳液聚合法,采用普通乳液聚合法制备聚丙烯酸酯微乳液的尚比较少报道。采用普通乳液聚合法合成得到的是聚丙烯酸酯乳液,虽乳化剂的含量较低,但得到的乳胶粒粒径太大(200-500nm),其乳胶膜的透明度、成膜性能差,不能满足所需的高质量高功能化的要求；而采用微乳液聚合法合成的聚丙烯酸酯微乳液,则是存在固含量低、乳化剂含量高的突出问题,从而限制了聚丙烯酸酯微乳液在工业上的应用。本课题围绕“粒子设计”的思想,选择甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)为聚合单体,丙烯酸(AA)为功能性单体,反应型乳化剂(EmulsogenAPS100)与阴离子乳化剂(OP-10)为复配乳化剂,分别采用改进的普通乳液聚合法和改进的微乳液聚合法对合成乳化剂含量低、固含量高的聚丙烯酸酯微乳液进行研究。主要研究内容及结果有以下几方面：(1)采用改进的普通乳液聚合法合成出乳化剂用量1.5%、单体含量50%,平均粒径39nm、多分散性0.139、固含量高达45%的聚丙烯酸酯微乳液。考察了聚合工艺、乳化体系、引发剂用量及添加顺序、功能单体用量、反应温度、电解质用量、搅拌速度等因素对聚丙烯酸酯微乳液的粒径及性能的影响。并应用透射电镜(TEM)图、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)和凝胶渗透色谱分析(GPC)等对乳液及乳胶膜进行了表征。结果表明：当MMA/BA/AA=68/28/4时,单体含量50%,乳化剂用量1.5%、EmulsogenAPS/OP-1=2:1,引发剂(APS)用量0.15%,电解质用量0.1%,预乳化液温度为20～30℃,合成得到的聚丙烯酸酯微乳液的粒径小,分布窄且性能优异。(2)采用改进的微乳液聚合法合成出乳化剂用量2%、单体含量40%,粒径36.5nm、多分散性0.158、固含量高达39.6%的聚丙烯酸酯微乳液。考察了聚合工艺,乳化剂的种类及用量,引发剂用量及加入方式,单体预乳化液,电解质用量,反应温度等因素对微乳液粒径及乳液性能的影响,实验结果表明：合成高固含量聚丙烯酸酯微乳液的有利条件是：MMA/BA/AA=68/32/4,单体含量40%,乳化剂EmulsogenAPS100和OP-10作为复配体系,用量为体系2%,配比为2：1；引发剂APS的质量浓度为1.5%,聚合反应温度为75℃,NaHCO3浓度0.2%,单体预乳化液温度为45～50℃。(3)实验研究表明,采用改进的普通乳液聚合法和改进的微乳液聚合法都能合成乳化剂用量小、固含量高的聚丙烯酸酯微乳液。但改进的微乳液聚合法对工艺条件的要求比改进的普通聚合法要苛刻得多,且合成得到的聚丙烯酸酯微乳液的性能比改进的普通乳液聚合法较差。
【作者】钱进明；
【导师】郭清泉；
【作者基本信息】广东工业大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】微乳液；丙烯酸酯；普通乳液聚合；微乳液聚合；高固含量；

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