乳液聚合制备丙烯酸十八酯共聚物及性能研究

作     者：董文娟 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：夏宇正;焦健

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：提高转化率 常规乳液聚合 丙烯酸十八酯 长碳链乳化剂 隔离性能 消光性能 

摘      要：丙烯酸酯共聚物乳液制备简便、性能优异,因绿色环保,使其在涂料、粘合剂、纺织整理涂层等领域得到广泛应用。丙烯酸高碳醇酯共聚物,不仅具有优异的超疏水性、极低的表面能,而且比市售丙烯酸共聚物胶乳具有更好的“透汽性,在纺织整理涂层和非硅类离型剂中的应用备受青睐,但丙烯酸高碳醇酯单体因其具有强疏水性因此很难在乳液聚合过程中实现“单体液滴→水相→胶束或乳胶粒中的扩散,导致其单体转化率较低,难以超过50%,使丙烯酸高碳醇酯的应用受限。本研究以长碳链乳化剂为主乳化剂,通过长碳链乳化剂与丙烯酸十八酯(SA)的疏水相互作用,将SA单体从单体液滴“摆渡到胶束或乳胶粒表面,协助其与其它丙烯酸酯单体成功实现乳液共聚合,并探究了丙烯酸十八酯共聚物乳胶膜的隔离性能及消光性能,有望在离型剂和消光涂料中得到应用。论文主要工作如下:(1)由于SA沸点高(400.2℃),其真实转化率的测定已经不能沿用现有的国家标准进行测定(烘干减重法),针对该问题,本论文首先比较了三种单体转化率测定方法(烘干减重法、索氏提取法、核磁计算法)的准确性及便捷性。结果表明:索氏提取法更适于用作有高沸点单体参与的乳液聚合中单体转化率的测定。(2)为了便于研究SA参与的乳液聚合,在乳液聚合体系中引入苯乙烯(St)单体共聚,在长碳链阴离子乳化剂N-3203N和非离子乳化剂N-390的共同作用下,通过预乳化半连续种子乳液聚合工艺制备了苯丙乳液共聚物。考察了乳化剂用量(N-390用量保持不变,改变N-3203N用量)、引发剂用量等对乳液聚合稳定性、单体转化率的影响。结果表明:当N-3203N用量为4 wt%、APS用量为0.6 wt%时,所得乳液聚合稳定性最优,SA转化率可达86.92%。(3)在SA参与苯丙乳液共聚的研究基础上,以丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸十八酯(SA)、丙烯酸(AA)为单体,以长碳链乳化剂N-3203N和N-390为复配乳化剂,以APS为引发剂、Na HCO为p H缓冲剂,通过预乳化半连续种子乳液聚合工艺成功制备了柔韧性好、聚合稳定性好、SA转化率高的纯丙乳液共聚物,并用FTIR、DSC、TG、XRD等对共聚物进行了表征。通过改善聚合条件提高聚合稳定性,在N-3203N用量为4 wt%,APS用量为0.5 wt%,Na HCO用量为0.2 wt%时,所得乳液的聚合稳定性最好、单体转化率最高,此时聚合过程的絮凝率达到最小值为1.27%,SA转化率最高达83.98%。(4)研究了共聚物乳胶膜的隔离性能及消光性能。随着SA用量的增加,共聚物乳胶膜的表面张力、光泽度、胶带与乳胶膜之间的180°剥离强度大幅降低。当SA用量从0 wt%增加到30 wt%时,乳胶膜表面张力从38 m N/m降为32 m N/m,胶带在乳胶膜上的180°剥离强度从8.6N/24mm减小到0 N/24mm,光泽度从88.7°降至47.3°。表明SA的引入可以提高丙烯酸酯共聚物乳胶膜的隔离性能和消光性能,所得胶乳有望用于制备离型剂和消光涂料。