新型表面活性劑的合成及其乳化性能的研究.pdf

1、乳液聚合技術(shù)萌生于上世紀(jì)早期，從30年代開始投入工業(yè)生產(chǎn)，與其它乳液聚合方法相比，乳液聚合具有一些突出的優(yōu)點(diǎn)。乳液聚合體系中乳化劑的用量雖然很少，但是在乳液聚合過程中以及在聚合完成后對(duì)產(chǎn)品的性能起著非常重要的作用。但是常規(guī)乳化劑只是通過物理作用吸附于乳膠粒的表面上，在有些情況下，如加入電解質(zhì)，乳液穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生變化乃至破乳，常規(guī)乳化劑的存在導(dǎo)致材料弱邊界層的形成，降低了材料的使用性能。為了克服常規(guī)乳化劑的不足，國內(nèi)外研究人員開發(fā)了許多新型

2、的乳化劑品種，一種有效的途徑就是在乳液聚合中使用可聚合乳化劑。 表面活性單體的出現(xiàn)，開辟了表面活性劑合成及應(yīng)用的新領(lǐng)域，由于表面活性單體是通過化學(xué)鍵連接在聚合物的表面上，因此不會(huì)發(fā)生乳化劑分子遷移而產(chǎn)生凝聚。在某些特定情況下還能降低對(duì)環(huán)境的污染。90年代后，國外對(duì)此類功能性表面活性劑研究比較多，做了許多相關(guān)性的開創(chuàng)性工作，而國內(nèi)這方面的系統(tǒng)研究比較落后，所以應(yīng)大力加強(qiáng)研究力度。本文將圍繞乳液聚合中傳統(tǒng)乳化劑的存在問題，合成新型高

3、效的丙烯酸型可聚合表面活性劑和馬來酸型可聚合表面活性劑。本碩士論文主要分為以下四個(gè)部分： 首先是為緒論。首先介紹了乳液聚合、苯丙乳液聚合產(chǎn)物及其研究進(jìn)展，其次闡述了表面活性劑的性質(zhì)、用途和發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了幾類新型的表面活性劑；最后較詳細(xì)講述了可聚合表面活性劑的特點(diǎn)、分類以及它的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用。 第一章概述了丙烯酸型可聚合表面活性劑的合成及其應(yīng)用。選用丙烯酸為可聚合基團(tuán)，通過壬基酚聚氧乙烯醚與丙烯酸進(jìn)行酯化反應(yīng)，合成了丙烯

4、酸壬基酚聚氧乙烯醚酯可聚合表面活性劑，將合成的表面活性劑應(yīng)用于苯丙乳液聚合，考查酯化反應(yīng)過程和聚合反應(yīng)過程反應(yīng)條件的影響，通過表面活性劑的性能測(cè)試及應(yīng)用效果評(píng)價(jià)新合成的表面活性劑的表面活性。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過酯化后的壬基酚聚氧乙烯醚具有比未改性之前更高的表面活性，對(duì)苯乙烯、丙烯酸丁酯的乳化能力更高：丙烯酸壬基酚聚氧乙烯醚酯參與的聚合反應(yīng)過程中半連續(xù)加料方式不僅能加快聚合反應(yīng)速率，降低反應(yīng)的凝膠率，還能提高乳液聚合物的耐水性，應(yīng)用于瓦楞紙

5、施膠時(shí)，施膠效果較好；減小單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)、增大丙烯酸丁酯用量及增加乳化劑用量都有利于提高反應(yīng)速率、增加單體轉(zhuǎn)化率和降低凝膠率；聚合反應(yīng)過程的分析還發(fā)現(xiàn)合成的可聚合表面活性劑參與了單體的聚合反應(yīng)，新合成的膠乳與采用普通乳化劑制得的膠乳相比具有更高的轉(zhuǎn)化率和更好的穩(wěn)定性。 第二章報(bào)告了系列馬來酸壬基酚聚氧乙烯醚酯可聚合表面活性劑的合成與應(yīng)用。馬來酸酯類可聚合表面活性劑活性適中，此類型的可聚合表面活性劑的一個(gè)突出特點(diǎn)就是它不易形成均聚物

6、，可聚合基團(tuán)處于親水親油基團(tuán)之間，表面活性劑的性質(zhì)受控于空間位阻效應(yīng)和親水親油平衡。本實(shí)驗(yàn)就不同可聚合基團(tuán)位置和不同親油基長度兩個(gè)方面展開論述，合成馬來酸單酯和馬來酸雙酯兩類表面活性劑，研究這兩類可聚合表面活性劑的合成，性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及它們苯丙乳液聚合中的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)：(1)與傳統(tǒng)的表面活性劑對(duì)比，新合成的馬來酸/NP-10單酯具有良好的表面活性，表面張力最低可達(dá)到33.29 mN·m-1，臨界膠束濃度為0.1319 mmol.L

7、-1。(2)雙酯的表面活性受碳鏈的長度影響變化不大。(3)馬來酸單酯應(yīng)用于苯丙乳液聚合時(shí)，隨引發(fā)劑用量和乳化劑用量的增多，聚合反應(yīng)速率及單體的轉(zhuǎn)化率先增大后減?。浑S反應(yīng)溫度的升高和BA：St質(zhì)量比的減小，聚合反應(yīng)速率和單體的轉(zhuǎn)化率逐漸增大；在聚合反應(yīng)過程中通入惰性氣體N2作為保護(hù)氣可以明顯改善聚合反應(yīng)過程及乳液的性能，加快反應(yīng)速率，提高單體轉(zhuǎn)化率，并能延遲凝膠出現(xiàn)。(4)由可聚合乳化劑所制備的乳液的表面張力均在42 mN.m-1以上，遠(yuǎn)

8、大于乳化劑在臨界膠束濃度時(shí)所能達(dá)到的表面張力，并且乳液成膜后的接觸角比用傳統(tǒng)乳化劑制得的乳液的接觸角小，表明所合成的可聚合乳化劑具有可聚合性。(5)與傳統(tǒng)的乳化劑進(jìn)行對(duì)比，采用所合成的可聚合乳化劑應(yīng)用于苯丙乳液聚合，聚合反應(yīng)速率較快，凝膠率較小，可以明顯改善傳統(tǒng)乳液成膜后的吸水問題。(6)與雙酯相比，采用馬來酸單酯進(jìn)行聚合時(shí)反應(yīng)速率較快，單體轉(zhuǎn)化率較高；在乳液聚合中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)碳鏈的長短與表面活性劑在乳液聚合過程中的應(yīng)用效果之間規(guī)律性不明

9、顯。 第三章初探了馬來酸酯型可聚合表面活性劑在苯丙乳液共聚中的作用機(jī)理。由第二章的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)新合成的馬來酸單酯可聚合乳化劑應(yīng)用于苯丙乳液聚合，可明顯改善聚合反應(yīng)過程及產(chǎn)物的性能。本章主要分別對(duì)可聚合表面活性劑和傳統(tǒng)表面活性劑的苯丙乳液聚合過程產(chǎn)物進(jìn)行表征，研究可聚合乳化劑共聚反應(yīng)過程與傳統(tǒng)乳化劑共聚反應(yīng)過程的不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)可聚合乳化劑與傳統(tǒng)乳化劑一樣，同樣遵循經(jīng)典的乳液聚合反應(yīng)過程，將聚合反應(yīng)過程分為3個(gè)階段：并且

10、發(fā)現(xiàn)可聚合乳化劑生成膠柬時(shí)所需的乳化劑分子的個(gè)數(shù)及相同質(zhì)量單體液滴穩(wěn)定所需的乳化劑分子個(gè)數(shù)比傳統(tǒng)乳化劑分子更少；增大水溶性單體丙烯酸丁酯的比例時(shí)，反應(yīng)體系中同時(shí)存在膠束成核和水相成核的反應(yīng)機(jī)理。(2)乳液聚合反應(yīng)過程中表面張力及接觸角隨反應(yīng)時(shí)間的變化說明可聚合乳化劑隨聚合反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行逐漸參與共聚反應(yīng)。(3)改變苯乙烯、丙烯酸丁酯兩種單體的配比可以改變可聚合乳化劑參與聚合的時(shí)段，改變?nèi)榛瘎﹨⑴c聚合的總量以及其聚合在乳膠粒上的位置，從而獲