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特种乳液聚合简介

时间:2014-03-20 15:55 来源:未知 作者:admin 点击:
特种乳液聚合有种子(或多步或叫核/壳)乳液聚合、反相乳液聚合、无皂乳液聚合、细乳液聚合(有时又叫微乳液聚合)、微乳液聚合(有时又叫超微乳液聚合)、超浓乳液聚合、分散

特种乳液聚合有种子(或多步或叫核/壳)乳液聚合、反相乳液聚合、无皂乳液聚合、细乳液聚合(有时又叫微乳液聚合)、微乳液聚合(有时又叫超微乳液聚合)、超浓乳液聚合、分散乳液聚合、可聚合乳化剂乳液聚合、聚合物乳化剂乳液聚合、悬浮乳液聚合、阳离子乳液共聚合可以得到异相分离结构的核/壳型聚合物乳胶粒子,所以将这种聚合方法称为核/壳乳液聚合。核/壳型聚合物粒子的结构形态 由于组分性质的差异,聚合工艺和条件的不同,可以制得多种形态的聚合物粒子。除了正常球型核/壳粒子,还有非球型或异常型的夹心型、糖果型、草莓型、偏离性、多角性、互穿聚合物网络型、哑铃型等。特种结构粒子包括多层结构粒子(洋葱型),无机/有机包覆粒子,含各种功能基团的粒子。核/壳型聚合物粒子的制备 种子乳液聚合或分布乳液聚合是制备核/壳复合聚合物的主要方法,根据所要求的粒子形态,首先合成适宜的种子乳液,然后再以不同的反式加入第二部分单体,使之继续聚合,按照第二步单体加入的方式,单体和引发剂的性质等条件的影响,可以形成形态各异的核/壳聚合物粒子。制备聚丙烯酸丁酯(PBA)核和聚苯乙烯(PS)壳型复合聚合物乳胶时,按BA31、蒸馏水69、SDS0.39、KPS0.25配比,首先采用乳液聚合在70℃反应28h合成PBA乳液,然后用透析法除去该体系中的乳化剂(为防止单独形成PS粒子,必须除净乳化剂),在PBA粒子存在下按PBA进行苯乙烯(St)种子乳液聚合,70℃一般要7h。核/壳乳液粒子形成的影响因素:聚合工艺的影响 单体2加入的方式有半连续法、间歇法和溶胀法。半连续法是达到聚合温度后,单体2 维持在一定的时间内均匀加入,使滴加速率小于聚合速率,体系中的单体2浓度始终较小,即聚合处于饥饿状态;间歇法是达到聚合温度后,一次性加入单体2,浓度处于富裕状态;溶胀法是单体2 加入后在种子乳胶粒上溶胀一定时间,使单体2部分渗入到种子乳胶粒中,在升到聚合温度聚合。用半连续法时,种子乳胶粒的表面和内部的单体2浓度都很低;用间歇法时,种子乳胶粒的表面单体2的浓度很高;用溶胀法时,种子乳胶粒的表面和内部的单体2浓度都很高。两类聚合物的特性的影响 一般来说,若两种聚合物亲水性都较小,且相差也不大时,则会按照单体的加料机聚合物星辰的顺序构成乳胶粒子,即种子聚合物1为核,第二步聚合物2为壳。假如,聚合物2亲水能力高于聚合物1的亲水能力能力,而且聚合物2的亲水能力很强,最终形成的乳胶粒子会呈现规整的球型核/壳结构,即核层有聚合物1,壳层由聚合物2组成。当单体加入到体系以后,由于聚合物2的亲水能力很强,聚合反应在种子粒子的表面进行,聚合物2就包覆与聚合物1的种子上,不会受到相分离而产生排斥,粒子内部不产生局部的区域性分散现象,因而这种表面聚合反应能导致规整的球型核/壳结构。

若聚合物1的亲水性高于聚合物2,乳胶粒子通常由聚合物1形成壳、聚合物2形成核的翻转结构粒子,或聚合物2分散在聚合物1中项城多种不同的结构。聚合物1的分子量低于聚合物2则核和壳之间的相界面比较弥散。聚合物1和聚合物2如有一定的互溶性,两者对水的亲和力又相差不大,则乳胶粒子为正常型的核/壳结构。 两类聚合物之间的混溶性很差,单体2可溶胀聚合物1,乳胶粒子的形态会发生一系列变化,这种变化与两阶段单体的用量比、体系黏度、引发剂类型以及聚合方法等因素有关。 MMA/St这一对混溶性不好的体系,当体系黏度比较高时,PS分子的活动能力受到阻碍,只能在PMMA粒子的表面定位,从而PMMA粒子的表面区为PS组分覆盖。PMMA和PS两相的界面,随着St单体转化率的增加而变得较明显,因为PMMA的亲水能力优于PS。但当St单体转化率继续增高时,PMMA四周的PS分子想PMMA粒子内部“挤压”,最终会形成一种“浆果状”核/壳型粒子,粒子表面不平整。反之,当体系黏度较低时,PS分子的活动能力较强,比较容易从PMMA组分中分离出来,两相界面清楚,不受单体转化率的影响,粒子表面也比较平整。
另外,如果聚合物2的亲水性大于聚合物1亲水性,就可能形成正常的核/壳结构。如果聚合物1的亲水性大于聚合物2亲水性,就可能形成非正常的翻转核/壳结构。如果聚合物1不溶于单体2,即单体2不能扩散进种子内,聚合物2会在种子外层聚合,就可能形成正常的核/壳结构。如果聚合物1和聚合物2相容,就可能形成非正常的核/壳结构,但核壳层相互渗透,核壳的界限不分明。虽然聚合物1和聚合物2相容,但聚合物2端基带有较多的亲水性引发剂粒子基团,也可能形成正常的核/壳结构。如果单体2可溶胀聚合物1,但两种聚合物又不相容,则可能发生相分离,生成异形结构的乳胶粒子。如果核层聚合物交联,又可以被单体2溶胀,但两种聚合物有不相容,则聚合物2可能穿透种子聚合物1,形成富含聚合物2的壳层. 引发剂类型的影响 在MMA为单体1,St为单体2的种子乳液聚合中,用油溶性引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和亲水性不大的4,4 -二偶氮基-4-氰基戊酸(ABCVA)时,制得的乳胶粒子都观察到了“翻转现象”。这是由于PMMA比St亲水性大,趋向靠近水相,而St则钻到PMMA乳胶粒子内部远离水相而进行聚合。当使用水溶性引发剂过硫酸钾(KPS)时,过硫酸钾(KPS)使大分子链上带上了亲水的离子基团,增大了PS链的亲水性,对乳胶粒起到了稳定作用,有可能不发生翻转,得到“夹心状”或半月结构的乳胶粒。引发剂用量少时,仍可能发生翻转。
乳胶粒的核/壳结构与性能的关系: 核/壳乳胶的最低成膜温度(MFT) 最低成膜温度(MFT)主要受聚合物的玻璃化温度(Tg)的影响,MFT强度的依赖于聚合物的结构和粒子形态。研究PMMA/PEA核/壳乳胶所形成的胶膜性能时发现,MMA含量为50%时,共聚物乳胶的MFT为30℃,而对核/壳结构的乳胶,如核为PMMA。壳为PEA,MFT仅为0℃;若为核PEA,壳PMMA时,对应的MFT会上升到70℃。 核/壳乳胶膜的力学性能 研究PMMA/PEA核/壳乳胶所形成的胶膜的力学性能时发现,当伸长率为100%时,核/壳胶乳所成胶膜的拉伸强度比相同无规组成乳胶粒子的胶膜的大4倍,同时还具有较高的气阻和较高的模量。这些结果都表明,由种子聚合方法制得的核/壳结构的乳胶及其膜的力学性能,要优于均匀共聚物及聚合物共混物的力学性能。由于核/壳乳胶粒子的特殊形态,与组成相同的共聚胶乳相比,其胶膜有较高的机械强度和良好的耐溶剂性。 核/壳型复合乳胶膜的玻璃化转变(Tg) 核/壳型复合乳胶粒子成两相结构,分别出现两个Tg,一个是成核聚合物贡献,一个是成壳聚合物贡献。如MMA/EA体系的产物是一种非均相的复合物,均聚物PEA在-22℃附近,PMMA在105℃附近。由于核/壳界面上具有一定偏差,表现为PEA链段其微区的Tg升高,PMMA微区的Tg降低。 核/壳型胶乳的热处理性能 核/壳结构的乳胶粒子因微相分离,在不同温度下处理会显出不同的性质。在400K以下,PBA/PMMA乳胶膜是非黏性的,但在420~470K热处理后便呈现黏性。这是由于核壳在加热时发生破裂。而PEA/PS与之正相反,乳胶膜经热处理后由黏性变成无黏性状态,由于PS与PEA混溶性差,在粒子中相分离,当低温成膜时连续相为PEA,因而成黏性;而加热时大量独立的PS粒子溶接在一起,形成包埋PEA的壁层,从而使黏性消失。
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