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本论文主要研究了具有特定结构的咪唑基离子液体的合成及其在高分子乳液聚合中的应用。首先,合成了单双链型咪唑基离子液体-十四烷基-3-甲基咪唑盐C14MIM·Br和Gemini型咪唑基离子液体C14MIM-4-C14MIM·2Br,将其作为表面活性剂,考察分子结构的变化对甲基丙烯酸甲酯(MMA)微乳液聚合过程的影响。其次,将传统的季铵型表面活性剂十四烷基三甲基溴化铵(TTAB)和Gemini型表面活性剂-二溴化N,N’-二(二甲基十四烷基)丁二铵(C14-4-C14·2Br)与上述两种咪唑基离子液体进行MMA微乳液聚合动力学对比实验,旨在研究咪唑基离子液体的乳化效能。最后,设计合成了二溴化1,4-双(3-乙醇-1-基)乙醚咪唑盐和二溴化1,4-双(3-乙醇-1-基)丁基咪唑盐两种离子液体,并对其结构进行了表征,其可用作聚氨酯亲水扩链剂。
具体研究内容及结果如下:
在第一部分中,所合成的C14MIM·Br和C14MIM-4-C14MIM·2Br具备亲水咪唑环和亲油的烷基链,这与单链季铵盐表面活性剂及Gemini型表面活性剂结构类似,也具表面活性,所以将其作为乳化剂应用于MMA微乳液聚合中,考察了其对MMA乳液聚合动力学、PMMA乳胶粒粒径及粒径分布的影响。结果表明,在不需要添加助乳化剂,且使用量相同的条件下,C14MIM·Br、C14MIM-4-C14MIM·2Br、TTAB和C14-4-C14·2Br均可实现MMA乳液聚合,且具备微乳液聚合的特征,但它们结构的改变使MMA微乳液聚合动力学过程发生变化,而且聚合完成后得到的PMMA乳胶粒粒径及粒径分布也受其影响。具体表现为:在乳化剂和单体含量摩尔比不变的情况下,C14MIM·Br做乳化剂时,微乳液聚合得到的。PMMA平均粒径整体略小于C14MIM-4-C14MIM·2Br微乳液体系；在C14MIM·Br微乳液体系中,随着离子液体浓度的增加,PMMA的平均粒径逐渐降低至不变,从42nm变为22nm,而在C14MIM-4-C14MIM·2Br体系中,PMMA的平均粒径则呈现先下降,从82nm降为47nm,后上升到89nm。GPC测试表明,表面活性剂结构的差异同样导致PMMA的分子量及分子量分布的改变。以C14MIM·Br作乳化剂得到的PMMA具有相对高的分子量且分子量分布较窄。
随后,对比研究了TTAB、C14-4-C14·2Br与结构类似的离子液体对MMA微乳液聚合的影响。在乳化剂与单体摩尔比相同时,离子液体作乳化剂的体系,MMA的微乳液最大聚合速率提前,且聚合完成后单体转化率相对较高。最后,对这四种乳化剂得到的PMMA微乳液的稳定性进行了测试。结果表明,以离子液体做表面活性剂得到的PMMA微乳液稳定性比传统的季铵型表面活性剂微乳液体系好。
论文第二部分应用离子液体乳化作用原理,设计合成了可作为水性聚氨酯扩链剂的离子液体,并采用傅立叶红外光谱(FT-IR)、元素分析和氢核磁共振谱(1H-NMR)对其结构进行确认。