高固含量硅丙共聚乳液的制备及性能研究

论文摘要

性能互补的聚丙烯酸酯与聚硅氧烷复合具有重要的应用价值,其产物已广泛应用于涂料、胶粘剂、橡胶和药物缓释胶囊载体等领域。本论文对乳液聚合的理论研究进展,以及有机硅改性丙烯酸酯乳液的新方法、新技术、国内外的研究进展及部分应用方面进行了较为全面的评述,指出硅丙乳液具有广阔的应用前景,并在此基础上确定了有机硅改性丙烯酸酯乳液的合成技术路线。以八甲基环四硅氧烷（D4）和四甲基四乙烯基环四硅氧烷（D4Vi）为有机硅单体,十二烷基苯磺酸（DBSA）为催化剂,辛基酚聚氧乙烯醚（NP-40）和十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为复合乳化剂,采用阴离子开环乳液共聚合技术,合成出单体转化率及稳定性均较好的聚硅氧烷乳液。以甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸丁酯（BA）为主单体,丙烯酸（AA）为功能性单体,以环状有机硅阴离子开环共聚合制备的聚硅氧烷乳液为有机硅原料,以过硫酸铵（APS）为引发剂,根据需要或补加少量乳化剂,采用预乳化种子半连续乳液聚合技术成功制备出同时具有较高固含量（>50%）、硅含量（>10%）、较低乳化剂含量（<2.5%）,以及低凝胶率的各项稳定性均较好的有机硅改性聚丙烯酸酯乳液。系统讨论了乳液制备工艺、聚合反应温度、搅拌强度、种子乳液制备过程中聚硅氧烷乳液所占比例、MMA和BA的配比、乳化剂的种类和用量、引发剂用量、AA用量、有机硅用量以及D4/D4Vi配比对乳液性能及其乳胶膜性能的影响,综合分析确定了其最佳制备条件：引发剂用量为0.5%,功能单体AA用量为3%,当聚硅氧烷乳液用量达到40g时无需补加乳化剂,此时乳液中最后乳化剂含量低于2.5%,反应温度为80℃。并借助红外光谱、透射电镜、激光粒度分布等手段,对所制备的共聚物产品微观特征进行了表征,证明所得产品为聚硅氧烷与丙烯酸酯的共聚物,且乳胶粒大小均匀,分布较窄；同时,采用热失重分析、拉伸性能测试等手段对所制备乳胶膜性能进行了测试,研究了有机硅的加入对乳胶膜的耐热性能和力学性能的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 乳液聚合概述
• 1.2.1 乳液聚合的特点
• 1.2.2 乳液聚合的成核及反应机理
• 1.3 有机硅乳液
• 1.3.1 阳离子乳液聚合
• 1.3.2 阴离子乳液聚合
• 1.4 有机硅改性丙烯酸酯乳液
• 1.4.1 有机硅改性丙烯酸酯乳液的特点
• 1.4.2 有机硅改性丙烯酸酯乳液的聚合方法
• 1.4.2.1 物理共混法
• 1.4.2.2 化学改性法
• 1.4.3 有机硅改性丙烯酸酯乳液的研究现状
• 1.4.4 有机硅改性丙烯酸酯乳液的新技术
• 1.4.4.1 核/壳乳液聚合
• 1.4.4.2 无皂乳液聚合
• 1.4.4.3 细乳液聚合
• 1.4.4.4 微乳液聚合
• 1.4.4.5 乳液互穿聚合物网络
• 1.4.4.6 辐射乳液聚合
• 1.4.5 有机硅改性丙烯酸酯乳液的应用
• 1.4.5.1 在涂料方面的应用
• 1.4.5.2 在胶黏剂方面的应用
• 1.4.5.3 在功能纸方面的应用
• 1.5 本论文的目的、意义、主要研究内容及创新点
• 1.5.1 本论文的研究目的和意义
• 1.5.2 本论文的主要研究内容
• 1.5.3 本论文的创新之处
• 第二章 聚硅氧烷乳液的制备及表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验主要原料和试剂
• 2.1.2 主要仪器和设备
• 2.1.3 聚硅氧烷乳液的制备
• 2.2 测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 加料方式对乳液性能的影响
• 2.3.2 单体滴加时间对乳液性能的影响
• 2.3.3 聚合反应时间对乳液性能的影响
• 2.3.4 聚合反应温度对乳液性能的影响
• 2.3.5 乳化剂的影响
• 2.3.5.1 乳化剂的选择
• 2.3.5.2 乳化剂用量对乳液性能的影响
• 2.3.6 催化剂的影响
• 2.3.6.1 催化剂的选择
• 2.3.6.2 催化剂用量对乳液性能的影响
• 4/D₄^Vi单体配比对乳液性能的影响'>2.3.7 D₄/D₄^Vi单体配比对乳液性能的影响
• 2.3.8 固含量对乳液性能的影响
• 2.3.9 聚硅氧烷结构表征
• 2.4 本章小结
• 第三章 硅丙复合乳液的制备及性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验主要原料和试剂
• 3.1.2 主要仪器和设备
• 3.1.3 聚硅氧烷改性聚丙烯酸酯共聚乳液的制备
• 3.1.3.1 改性机理
• 3.1.3.2 乳液聚合基本配方
• 3.1.3.3 聚硅氧烷改性聚丙烯酸酯乳液的制备
• 3.2 测试与表征
• 3.2.1 乳液基本性能的表征
• 3.2.2 乳胶膜性能的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 硅丙乳液制备工艺的选择
• 3.3.2 聚合反应温度的选择
• 3.3.3 搅拌强度的选择
• 3.3.4 种子乳液制备过程中聚硅氧烷乳液所占比例的影响
• 3.3.5 软硬单体配比的影响
• 3.3.6 乳化剂的影响
• 3.3.6.1 乳化剂种类的影响
• 3.3.6.2 乳化剂用量的影响
• 3.3.7 引发剂用量的影响
• 3.3.8 功能单体AA用量的影响
• 3.3.9 有机硅用量的影响
• 3.3.10 有机硅单体配比的影响
• 3.3.11 乳胶粒TEM分析
• 3.3.12 红外光谱分析
• 3.3.13 共聚物耐热性能分析
• 3.3.14 硅丙乳液的流变性分析
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢