耐熱型高溫熱膨脹微球的制備及其發(fā)泡行為研究.pdf

1、熱膨脹微球具有巨大的體積膨脹能力，在材料輕量化、圖案化和立體化方面有重要的應用價值。比如在立體印花領(lǐng)域，添加熱膨脹微球后，能在保持原有花紋特點的基礎(chǔ)上，賦予圖案三維立體效果。懸浮聚合是制備熱膨脹微球的常用方法，在已有的報道中，大部分研究只側(cè)重于熱膨脹微球的發(fā)泡溫度和膨脹性能的研究，對膨脹后微球的高溫穩(wěn)泡性能的研究較少。微球的膨脹性能與高溫穩(wěn)泡性能往往難以兼顧，需在明確其變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過眾多反應參數(shù)的精細調(diào)節(jié)來為實現(xiàn)兩者的平衡。針對

2、這一問題，本論文通過細致、系統(tǒng)的研究影響微球顆粒特征和發(fā)泡性能（發(fā)泡溫度、發(fā)泡倍率和高溫穩(wěn)泡性能）的因素，揭示了微球顆粒特征和發(fā)泡性能的變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，通過對合成工藝、殼壁和發(fā)泡劑組成等配方的合理設計和優(yōu)化，實現(xiàn)了發(fā)泡劑膨脹能力與殼壁聚合物形變能力的良好匹配，最終制得粒徑可控、發(fā)泡溫度可調(diào)、兼具優(yōu)良膨脹性能和高溫穩(wěn)泡性能的熱膨脹微球。
　　本論文以高濃度氯化鈉溶液為水相，氫氧化鎂為分散劑，丙烯腈(AN)、甲基丙烯酸甲酯(MM

3、A)、甲基丙烯酸(MAA)、N,N-二甲基丙烯酰胺等為共聚單體，不同沸點的烷烴為發(fā)泡劑，來構(gòu)建懸浮聚合體系，并用于制備熱膨脹微球。依次開展了對微球的顆粒尺寸及其分布、形貌等顆粒特征、微球的發(fā)泡溫度及其膨脹性能、以及微球的高溫穩(wěn)泡性能等三方面的研究。
　　論文首先研究了聚合過程中液滴/顆粒的形貌、粒徑及粒徑分布的演變規(guī)律，以及合成參數(shù)對微球顆粒形貌、粒徑及粒徑分布等顆粒特征的影響。發(fā)現(xiàn)高速剪切分散時的剪切速率和剪切時間對熱膨脹微球的

4、形貌、粒徑及其分布的影響不大。反應時的攪拌速率過快和過慢會導致體系穩(wěn)定性下降，微球尺寸變大且分布變寬，選擇400rpm的攪拌轉(zhuǎn)速較為適宜。添加表面活性劑十二烷基硫酸鈉能提高懸浮聚合體系的穩(wěn)定性和提高熱膨脹微球尺寸及其分布的可控性。加入高濃度的氯化鈉水溶液能有效地降低極性單體在水相中的溶解度，減少水相成核，有助于制得粒徑較均一的熱膨脹微球。交聯(lián)劑用量對微球粒徑及其分布有顯著影響，其用量為0.03mol％時，所得微球的粒徑分布較窄。

5、　　其次，論文研究了影響微球發(fā)泡溫度和膨脹性能的因素，發(fā)現(xiàn)氯化鈉水溶液濃度、引發(fā)劑用量、發(fā)泡劑組成、交聯(lián)劑類型及用量、極性單體MAA用量以及MMA與AN的用量比等合成參數(shù)均會對熱膨脹微球的發(fā)泡溫度及其膨脹性能產(chǎn)生影響。高濃度的氯化鈉水溶液，能提高微球的發(fā)泡溫度，但發(fā)泡倍率變化不大。引發(fā)劑用量增加，微球的發(fā)泡溫度變化不大。發(fā)泡劑的沸點越高，發(fā)泡溫度越高。以異辛烷與異戊烷構(gòu)成的復配型發(fā)泡劑，隨異辛烷含量的增加，微球的發(fā)泡溫度升高，60wt％

6、的異辛烷與40wt％的異戊烷構(gòu)成的發(fā)泡劑能制得發(fā)泡溫度較高，發(fā)泡倍率較大的微球。交聯(lián)劑是決定微球發(fā)泡性能的關(guān)鍵因素，使用含雙乙烯基的高分子型交聯(lián)劑制備的微球綜合發(fā)泡性能最佳，隨交聯(lián)劑用量的增加，微球的發(fā)泡溫度略有增加，但是其發(fā)泡倍率先增加后顯著下降。不同單體組成及單體用量對微球發(fā)泡性能有較大影響，MMA與AN用量比為18.5∶81.5及MAA用量為6.85mol％時微球具有較好的發(fā)泡性能。
　　最后，論文研究了氯化鈉水溶液濃度、交

7、聯(lián)劑類型及用量、發(fā)泡劑組成、單體組成等反應參數(shù)對微球高溫穩(wěn)泡性能的影響。結(jié)果表明:高濃度氯化鈉水溶液有助于提高熱膨脹微球的高溫穩(wěn)泡性能。高分子型交聯(lián)劑P1的添加可以明顯提高微球的穩(wěn)泡性能，交聯(lián)劑P1用量為0.033mol％時，微球表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)泡性能。使用異辛烷與異戊烷構(gòu)成的復配型發(fā)泡劑時，隨著異辛烷含量的增加，微球的穩(wěn)泡時間呈先增加后下降的趨勢。MMA與AN用量比在一定范圍內(nèi)時，微球的穩(wěn)泡性能均較好，但過高的MMA用量會導致微球的穩(wěn)泡

8、性能下降。引入極性單體MAA能顯著提高微球的耐熱性，隨MAA用量增加，微球的高溫穩(wěn)泡時間變長。在優(yōu)化的工藝條件下，能合成發(fā)泡溫度可調(diào)、發(fā)泡倍率高、高溫穩(wěn)泡性能好的熱膨脹微球。
　　通過本論文的研究，明確了合成參數(shù)與熱膨脹微球顆粒特征的對應關(guān)系，實現(xiàn)了對熱膨脹微球粒徑及其分布的有效調(diào)控。通過對殼壁聚合物和發(fā)泡劑組成的合理設計，提高了發(fā)泡劑膨脹能力與殼壁聚合物形變能力的匹配性，在保證微球具有優(yōu)異膨脹性能的基礎(chǔ)上，提高了其高溫穩(wěn)泡性能。