基于CCTP法大分子表面活性剂的制备、性能与应用

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ms45574511
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有关可聚合乳化剂的合成研究已有大量报道,然而现有的研究多以乙烯基单体为可聚合片段通过缩聚的方式组装乳化剂的亲水及疏水片段,但这种方法所制备的乳化剂分子结构难以控制,往往会在反应体系内残留大量未反应单体。而原子转移自由基聚合(ATRP),可逆-加成断裂转移聚合(RAFT)等一般可控活性自由基聚合虽然在分子量及分子结构上具备了更强的控制性,但其无法在乳化剂末端保留反应性基团,使得乳化剂难以聚合。本工作采用了一种新型可控活性聚合方法,即催化链转移聚合(CCTP),通过CCTP法合成乳化剂的亲水链段,之后将其作为大分子单体再次参与亲油链段的CCTP聚合,从而得到双键封端的嵌段大分子可聚合乳化剂。将其应用于聚氨酯/丙烯酸酯乳液聚合中,对乳液和乳胶膜的各项性能及大分子构性关系进行研究。本论文得到的主要结论如下:(1)以甲基丙烯酸为亲水单体,甲基丙烯酸丁酯为亲油单体,以偶氮二异丁腈为引发剂,钴Ⅱ肟氟化硼络合物(CoBF)为链转移催化剂,通过CCTP法聚合了MSA-r和MSA-c两系列阴离子嵌段共聚物表面活性剂。测试了MSA-r及MSA-c系列的分子量及其分子量分布,MSA-r及MSA-c系列的共聚物分子量数量级相近,为3×103-~6×103之间,且分子量多分散系数约在1.60~1.80之间,均小于传统自由基聚合的MSA-t及亲油端合成时未加钴催化剂的MSA-c0,证明了CCTP法可以有效控制聚合产物的分子量及其分布指数。(2)拉曼红外光谱(FT-Raman)和核磁共振(1H NMR)分析表明合成的共聚物与设计结构相符,具备末端双键。碘量法测试了MSA-r及MSA-c系列共聚物的双键含量及分子量,分子量变化趋势基本与GPC测试一致,双键含量随亲油单体比例或钴催化剂含量而上升。热重分析中表明了亲油单体比例及钴催化剂含量对聚合物热稳定性的影响,相较于MSA-t及MSA-c0,其他通过CCTP法制备的聚合物在300℃左右存在一个由双键热引发而产生的失重峰,证明了聚合产物中双键的存在,且此失重阶段的质量损失及最高失重速率均与碘量法所测双键含量结果基本一致。(3)表面张力分析表明,MSA-r及MSA-c系列共聚物均具有表面活性,最低可将溶液表面张力降低至42.72mN/m。通过荧光激发光谱测试了MSA-r及MSA-c系列聚合物的CMC值,根据表面张力测试结果及CMC值,得到MSA-r及MSA-c共聚物的分子极限面积为150~250 A2,均小于MSA-t的373 A2,说明CCTP法制备的嵌段聚合物在气液界面层更趋于紧密地垂直排布,从而在降低溶液表面张力上具备更佳的效率和优势。(4)以CCTP法制备的PMAA-b-PBMA大分子两亲共聚物以及通过传统自由基无规共聚的MSA-t分子作为乳化剂应用于聚氨酯/丙烯酸酯(WPUA)乳液聚合中,黏度测试及电导率测试表明,MSA的用量,亲油单体比例及CoBF用量皆对预聚液相发转过程中PIP点的到达早晚有所影响,而PIP点则间接影响着乳液聚合后的稳定性及最大固含量。加入MSA-c6的PU-A预聚液相反转时PIP点含水量最低,而其聚合后得到的WPUA/MSA-c6乳液最大固含量达到45%。(5)通过VPUA/MSA乳液粒径,粒径变化以及动态流变时间扫描分析了乳液的体系稳定性及相分离行为,相较于传统自由基聚合的无规MSA-t以及不含双键片段的MSA-c0, CCTP法制备的MSA所参与聚合的WPUA乳液均呈现较小的粒径及较佳的存储稳定性。其中WPUA/MSA-r1乳液达到最小粒径88.7nm,室温存放12月后粒径基本不变。(6)通过吸水率及接触角测试分析了WPUA/MSA所成胶膜的耐水性,其中WPUA/MSA-g1.3乳液胶膜具备最高接触角94.7°以及最小吸水率3.72%。通过热重测试分析了各系列乳化剂对于VVPUA/MS A胶膜耐热性的影响,相较于传统自由基聚合制备的MSA-t, CCTP法制备的可聚合乳化剂系列能够有效提升乳胶膜的分解温度。拉曼红外(FT-Raman)结果表明,可聚合乳化剂制备的WPUA/MSA-r1.5所成胶膜各界面基团分布基本一致,而WPUA/MSA-t基团分布差异较大,证明了可聚合乳化剂在乳液固化后期能够有效防止迁移,此外以AFM观察了VVPUA/MSA-r1.5及WPUA/MSA-t胶膜浸水前后表面形貌变化,发现前者形貌基本不变,而后者表面形貌变化较大,证明了可聚合乳化剂通过锚固胶粒表面对乳液胶膜耐水性的提升。
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