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细乳液聚合一般分为两步:细乳化过程和聚合过程。即首先使用高效率混合器进行细乳化,然后将所得细乳液转移到反应器中使用磁力搅拌器或低剪切的搅拌器进行聚合。这一特点阻碍了细乳液聚合的工业化生产。为实现细乳化与聚合搅拌器的一体化,或者说将细乳液聚合简化成一步,以满足工业化生产的需要,我们尝试采用一种锯齿形叶片(saw-toothed blade,STB)搅拌器来制备甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体细乳液,并随后采用氧化还原引发体系进行细乳液聚合。结果发现,当搅拌速度达500r/min以上,既可获得亚微米级单体液滴,又不显著破坏聚合过程中乳胶粒子的稳定性,从而为细乳液聚合的工业化生产奠定了基础。
本研究考察了温度、搅拌速率、乳化剂和引发剂浓度对MMA的一步法细乳液聚合速率、转化率、PMMA乳胶粒子粒径大小与分布等的影响;比较了常规乳液和细乳液聚合方式对MMA聚合转化率、PMMA乳胶粒子粒径大小与分布、PMMA乳液稳定性、PMMA玻璃化转变温度的影响;也对苯乙烯的一步法细乳液聚合进行了再尝试,从而进一步验证了一步法细乳液聚合的可行性。在一步法细乳液聚合实践的基础上,采用该方法制备了PMMA/纳米SiO2复合乳液。首先使用甲基丙烯酸-3-甲氧基硅氧基硅丙酯(MPS)对分散于MMA中的亲水性纳米SiO2粒子进行表面改性,得到了表面改性的纳米SiO2粒子在MMA单体中的分散液。随后采用STB搅拌器,用一步细乳液聚合方法制备了不同SiO2含量的PMMA/纳米SiO2复合乳液。通过红外光谱、透射电镜、动态光散射粒度仪、热重分析以及差示扫描量热法对制备的PMMA/纳米SiO2复合粒子进行了表征。结果表明:MMA可通过与MPS的共聚而有效地接枝在SiO2粒子表面,最终形成以纳米SiO2为核、PMMA为壳的核壳结构纳米SiO2/PMMA复合粒子。