陽離子Gemini乳化劑在乳液聚合中的應(yīng)用.pdf

1、聚合物乳液是環(huán)境友好材料,具有強大的生命力,可直接用作涂料基料、膠粘劑,并可作皮革、紙張、織物等的涂飾劑和處理劑等,在醫(yī)藥、生物、建筑、造紙、印刷、環(huán)保等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。其中納米聚合物乳液的開發(fā)與應(yīng)用,對提高我國相關(guān)行業(yè)的技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。制備低乳化劑含量、低粘度、高固含量、穩(wěn)定的納米聚合物乳液是當(dāng)前乳液聚合研究領(lǐng)域需要重點研究的課題。本文在大量文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上,綜述了Gemini表面活性劑的合成與性能以及乳液聚

2、合技術(shù)的進展。在此基礎(chǔ)上,合成和表征了系列m-s-m季銨鹽型陽離子Gemini表面活性劑,并以其作為乳化劑制備了納米聚苯乙烯(PS)乳液和納米苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物乳液,詳細研究了Gemini乳化劑分子結(jié)構(gòu)、用量以及聚合溫度等制備過程參數(shù)對納米乳液結(jié)構(gòu)及性能的影響,初步探討了聚合機理,為應(yīng)用Gemini乳化劑制備低乳化劑用量、穩(wěn)定的納米聚合物乳液提供了有價值的理論依據(jù),得到以下結(jié)論:
　　 季銨鹽型Gemini表面活性劑(m-

3、s-m,m=12,14;s=3,4,6)的CMC值比相應(yīng)單鏈表面活性劑DTAB及TTAB(10-2)的CMC值低2個數(shù)量級,隨著溫度升高,CMC值逐漸增大。12-s-12(3,4,6)及14-s-14(3,4,6)兩系列Gemini表面活性劑/苯乙烯/水三元體系在苯乙烯及表面活性劑濃度較低時存在狹小的單相區(qū),單相區(qū)的范圍隨著s的增加而增加,隨著溫度升高而增加。在表面活性劑濃度較高時出現(xiàn)液晶態(tài)。當(dāng)Gemini表面活性劑水溶液的濃度接近臨界

4、膠束濃度時,其膠束形態(tài)多樣化,如球狀、蠕蟲狀、短棒狀、梭狀、大頭針形狀、花型晶片結(jié)構(gòu)以及高度聚集的長棒狀等形態(tài)。
　　 在聚苯乙烯乳液聚合過程中,與單鏈的CTAB相比,同等條件下雙鏈的Gemini乳化劑的聚合穩(wěn)定性高,單體轉(zhuǎn)化率高,泡沫少,制備的乳膠粒粒徑在30-80nm,且分布較窄,乳膠粒呈均勻的球狀形態(tài),乳液的穩(wěn)定性好。隨著乳化劑用量增加,乳膠粒粒徑逐漸減小,乳化劑用量高于6％后粒徑不再減小。Gemini乳化劑分子結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)

5、基及疏水鏈的長度、反應(yīng)溫度、交聯(lián)劑用量等對乳液的粒徑無明顯影響。聚合過程研究表明:低乳化劑用量時(2％),乳膠粒子的粒徑在聚合初期(＜30min)無明顯變化,隨著反應(yīng)時間的增加,粒徑逐漸增大,聚合后期(＞150min)粒徑不再隨時間改變;高乳化劑用量時(＞8％),在整個聚合反應(yīng)過程中,粒徑不隨時間發(fā)生明顯改變。所制備的納米聚苯乙烯乳液均有很好的儲存穩(wěn)定性、稀釋穩(wěn)定性、離心穩(wěn)定性,以及耐酸、堿穩(wěn)定性。
　　 Gemini表面活性劑

6、制備的納米苯丙乳液,聚合穩(wěn)定性高,單體轉(zhuǎn)化率高,乳膠粒徑在40-70nm,且分布較窄,乳膠粒為球型粒子,乳液穩(wěn)定性好。乳膠粒徑隨乳化劑增加而減小,當(dāng)乳化劑用量達到6％后,粒徑隨乳化劑用量增加無明顯變化;納米苯丙乳液粒徑不受乳化劑分子結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)基及疏水鏈的長度、溫度、引發(fā)劑及單體比例的影響;溫度較低(70℃,75℃),引發(fā)劑用量適中(0.6％,0.8％)時粒徑分布較窄。聚合穩(wěn)定性隨乳化劑用量增加、軟單體比例增大而增高;引發(fā)劑用量適中(0.

7、6％,0.8％)則聚合穩(wěn)定性高;乳化劑分子結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)基及疏水鏈的長度、溫度對聚合穩(wěn)定性無大影響。單體轉(zhuǎn)化率隨溫度升高、乳化劑用量增加而升高。聚合過程中粒徑變化研究表明,與聚苯乙烯乳液體系相比,軟單體BA的加入,明顯縮短了苯丙乳膠粒的粒徑增長期,引發(fā)10min后,含不同乳化劑用量的乳液體系的乳膠粒徑都開始增長,2％乳化劑用量制備的苯丙乳液聚合初始粒徑及增幅較大,而乳化劑用量高時制備的苯丙乳液聚合初始粒徑及增幅較小。含12-6-12乳液體系