【碩士】丙烯酸酯復(fù)合乳液及其性能研究

內(nèi)容簡介

　　【碩士】丙烯酸酯復(fù)合乳液及其性能研究　　授予學(xué)位：碩士　　學(xué)位授予單位：安徽大學(xué)　　學(xué)位年度：2010　　近年來，聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)復(fù)合材料受到了廣泛的關(guān)注，被稱為“第三代聚氨酯”。它可以將聚氨酯(PU)較高的耐磨性、優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度與丙烯酸樹脂(PA)良好的耐水性、附著力和較低的成本有機(jī)結(jié)合起來，制備出高性價(jià)比的水性樹脂。隨著水性高分子的發(fā)展，進(jìn)一步開發(fā)高性能、多功能、復(fù)合型的水性高分子材料已成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。本文將納米粒子應(yīng)用于水性高分子材料中，一方面，可改善其傳統(tǒng)性能；另一方面，可賦予其新的功能性。但無機(jī)粒子比重大、粒徑小，在單體遷移過程中易出現(xiàn)復(fù)合乳膠粒子的凝聚現(xiàn)象，所以使用傳統(tǒng)乳液聚合較難實(shí)現(xiàn)聚合物對無機(jī)納米粒子的有效包覆。然而，細(xì)乳液聚合不同于常規(guī)乳液聚合的膠束成核機(jī)理或均相成核機(jī)理，在細(xì)乳液聚合過程中無機(jī)納米粒子穩(wěn)定分散在單體亞微液滴中，單體不需要經(jīng)水相遷移，便可制得包覆完全、結(jié)構(gòu)可控性強(qiáng)的聚合物/無機(jī)納米復(fù)合粒子。因此，細(xì)乳液聚合為制備聚合物/無機(jī)納米復(fù)合粒子提供了一種有效的方法。本文通過細(xì)乳液聚合制備了納米改性丙烯酸酯、納米改性聚氨酯-丙烯酸酯復(fù)合乳液，具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下：　　本文第二章首先使用硅烷偶聯(lián)劑甲基丙烯酸-3-三甲氧基硅烷(MPS)對納米TiO2 粒子進(jìn)行表面處理，進(jìn)一步通過細(xì)乳液聚合得到了內(nèi)部包裹納米TiO2 粒子的核-殼型復(fù)合粒子。熱重分析(TGA)表明，納米TiO2 表面包覆約有9.13%~10.06%的MPS；本章探討了乳化劑、助穩(wěn)定劑用量與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，結(jié)果顯示：溫度應(yīng)控制在70℃，乳化劑用量為單體用量的2%，助乳化劑(HD)用量選為單體用量的3%時，可以得到穩(wěn)定的膠粒粒徑分布較窄的細(xì)乳液；經(jīng)吸水率、拉伸強(qiáng)度和熱重分析測試表明，納米TiO2 可以提高聚合物的耐水性、耐候性和拉伸強(qiáng)度?！　? 本文第三章以十二烷基硫酸鈉(SDS)為乳化劑，正十六烷（HD）為助穩(wěn)定劑，甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)為聚合單體，正硅酸乙酯為前驅(qū)體，通過雙原位細(xì)乳液聚合法制備了聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯)/SiO2 納米復(fù)合材料(P(MMA-BA)/SiO2)。納米SiO2 粒子形成和丙烯酸酯單體聚合同時進(jìn)行，以硅烷偶聯(lián)劑甲基丙烯酸-3-三甲氧基硅烷(MPS)為功能單體將無機(jī)粒子和聚合物連接起來。通過紅外光譜（FT-IR）、透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）、熱失重（TGA）、紫外可見分光光度計(jì)（UV- vis）等測試手段分別表征了納米復(fù)合材__料的結(jié)構(gòu)組成、膠粒的形貌、微觀結(jié)構(gòu)、熱學(xué)性能、力學(xué)性能及膠膜的透光性等?！　? 結(jié)果表明：制備出的P(MMA-BA)/SiO2 納米復(fù)合粒子形貌呈草莓型，納米SiO2粒子被化學(xué)鍵合在聚合物微球的殼層，粒徑大約為20nm，且分散性很好；P(MMA-BA)/SiO2 納米復(fù)合材料膠膜的透明性良好，在400-800nm 范圍內(nèi)，聚合物改性前后的透光率均在70%-80%；此外，改性后納米復(fù)合材料膠膜的機(jī)械性能和阻燃性能都得到了提高?！　? 本文第四章首先以異佛爾酮二異氰酸酯與聚醚多元醇為原料進(jìn)行縮聚反應(yīng)，再以1,4-丁二醇對其進(jìn)行擴(kuò)鏈制得NCO 為端基的非離子型聚氨酯(PU)預(yù)聚體大分子，然后分別用乙醇和丙烯酸羥乙酯(HEA)對其封端。經(jīng)細(xì)乳液聚合法將其與甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯共聚得到聚氨酯-丙烯酸酯（PUA）復(fù)合乳液。通過FT- IR、1H NMR、TEM、SEM 等測試對其進(jìn)行表征和分析。結(jié)果顯示：在細(xì)乳液聚合中，聚氨酯預(yù)聚體大分子具有一定的助穩(wěn)定作用；當(dāng)細(xì)乳化時間為5min，細(xì)乳化轉(zhuǎn)速為14000rpm 以上時，制備出的細(xì)乳液較為穩(wěn)定；隨著PU 預(yù)聚體用量和分子量的增加，聚合反應(yīng)速率和最終單體轉(zhuǎn)化率都有所下降；選用油溶性的引發(fā)劑制備的復(fù)合物PUA 的膠粒粒徑分布較窄；且HEA 封端的PU 預(yù)聚體與MMA 和BA 形成了交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?！　? 本文第五章分別采用兩種不同的細(xì)乳液聚合方法制備了納米SiO2/丙烯酸酯/聚氨酯復(fù)合乳液。一種是首先制備出改性的納米SiO2，然后將其加入油相進(jìn)行細(xì)乳液聚合反應(yīng)；另一種方法是利用納米SiO2 的前驅(qū)體TEOS 在細(xì)乳液聚合的同時原位水解生成納米SiO2。本文探究了納米SiO2 的制備和改性方法、引入納米SiO2 對聚合物膜熱穩(wěn)定性的影響、硅酸乙酯（TEOS）用量對聚合穩(wěn)定性、膠膜力學(xué)性能和吸水率的影響。通過紅外光譜(FT-IR)、拉伸、吸水率、熱失重(TGA)及掃描電鏡(SEM)測試進(jìn)行表征。結(jié)果表明，采用方法二更有效，其更易制得納米SiO2 含量高、分散性好的納米SiO2/丙烯酸酯/聚氨酯復(fù)合材料；但從TGA 測試結(jié)果可以看出，這兩種方法所制備的納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性均沒有明顯的提高；采用方法二時，復(fù)合材料膠膜的拉伸強(qiáng)度和耐水性隨著TEOS 用量的增加不斷提高，但聚合穩(wěn)定性逐漸降低?！　?

專題推薦