多層核殼丙烯酸酯乳液的合成及其性能的研究-

1、第19卷第2期高分子材料科學(xué)與工程V o l.19,N o.22003年3月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G M ar.2003多層核殼丙烯酸酯乳液的合成及其性能的研究郭睿嵐,趙彬,寇奕,李效玉(北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京100029摘要:以多步種子聚合法合成多層核殼共聚物復(fù)合乳液,以M AA和EA二元共聚物為種子乳液,在其外部依次包覆丙烯酸酯聚合物,獲得了以交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)型吸水膨脹性聚合物為核的多層核殼乳液。對不同階段聚合物的吸水性能的研究表明,種子聚合物吸水性能最強,M AA中和度、交聯(lián)劑、引發(fā)劑用量

2、等因素均對吸水性有影響。隨包覆層數(shù)的增加,吸水性能降低。核殼聚合物的吸水性能隨溫度的提高而增加,說明溫度影響水對殼層聚合物的滲透。該核殼乳液成膜后得到的聚合物膜具有良好的遮光性能,且聚合物的遮光性隨核聚合物吸水性能的提高而提高,同時殼層聚合物的T g越高,膜的遮光性能越大。關(guān)鍵詞:丙烯酸酯;核殼乳液;種子聚合;吸水性能;白度中圖分類號:TQ316.33+4文獻標(biāo)識碼:A文章編號:100027555(2003022*核殼乳膠粒聚合物乳液與一般的聚合物乳液相比,區(qū)別僅在于乳膠粒的結(jié)構(gòu)形態(tài)不同。核殼乳膠粒獨特的結(jié)構(gòu)形態(tài)大大改變了聚合物乳液的性能1,因此核殼乳液聚合物可廣泛用于塑料、涂料、生物技術(shù)等許

3、多領(lǐng)域。例如核殼乳液可用于熱塑性彈性體的制備和作為高抗沖塑料添加劑2;用對pH值敏感性不同制備核殼乳液,可以得到中空的有機阻光涂料3等。本文以甲基丙烯酸(M AA、丙烯酸乙酯(EA、甲基丙烯酸甲酯(MM A以及丙烯酸丁酯(BA等為原料,通過種子乳液聚合制備了含有吸水膨脹性核的多層核殼復(fù)合乳液。重點介紹了所制備的聚合物的吸水性能,以及乳液成膜后的聚合物膜所具有的獨特的遮光性能和白度。1實驗部分1.1試劑單體:甲基丙烯酸(M AA、甲基丙烯酸甲酯(MM A、丙烯酸乙酯(EA、丙烯酸丁酯(BA、三縮二乙二酯(T EGDA均為聚合級,未經(jīng)處理直接使用;引發(fā)劑:過硫酸銨(氧化劑、亞硫酸氫鈉(還原劑均為分

4、析純,直接使用;乳化劑:十二烷基硫酸鈉,工業(yè)級,直接使用。1.2多層丙烯酸酯核殼乳液的合成在裝有攪拌、回流冷凝管、溫度計、恒壓滴液漏斗及氮氣通入管的500mL四口瓶中,將混合單體(中和的M AA、EA、T EGDA、乳化劑SD S、去離子水按一定配比投料,充氮氣保護。升溫至70后,一次性投入60%(質(zhì)量的引發(fā)劑。剩余引發(fā)劑在2小時內(nèi)滴完,而后再保溫熟化3h,得到種子乳液。在制得種子乳液的基礎(chǔ)上,用多步種子乳聚法,采用“饑餓態(tài)”滴加殼層單體法,分別得到第一核殼乳液(CS2 和第二核殼乳液(CS2 。具體配方見T ab.1所示。1.3聚合物吸水倍數(shù)的測定稱取一定質(zhì)量的聚合物(m1,放入大量的去離子

5、水中,于室溫下浸泡24h。待聚合物吸水飽和后,用濾紙吸取聚合物表面的浮水,再進行稱量(m2,吸水倍數(shù)(Q按下式計算Q=(m2-m1 m11.4聚合物膜遮光性的測定收稿日期:2001204228;修訂日期:2002205228基金項目:北京市自然科學(xué)基金資助項目作者簡介:郭睿嵐,女,25歲,碩士.聚合物膜的遮光性能以白度表示。取一定量的聚合物乳液,均勻地涂覆在光滑潔凈的玻璃表面,待聚合物乳液成膜干燥后,用W SD2 型白度計測定聚合物膜的白度。白度的測定以標(biāo)準白瓷板作為白度的基準,采用C IE(國際照明委員會規(guī)定的建筑涂料和建材的白度表示方法,用C IE86白度(W g、R457白度(W r、H

6、 un ter白度(W h、GB5950白度(W s、Sten sby 白度(W p、Step han sen白度(W j進行白度表示。Tab.1Rec ipe of e m ulsion poly m er iza tion forthe prepara tion of core-shell e m ul-sion sIngredient Seed e m ulsi on CS2 CS2M AA15g(70%neutralizedEA15g15gMM A15g15gBA15gS D S1.0%1.5%0N aH S O30.10%0.15%0.25%0.30%0.25%0.30% (N H4

7、2S2O80.10%.15%0.25%0.30%0.25%0.30% Seed e m ulsi on180gCS2 180gH2O WO=51WO=51WO=51 all the percentages in th is paper are allm ass percentagesw ithoutspecial indicati on.Tab.2Effect of degree of neutra liza tion of M AA on wa ter-absorbencyD egree ofneutralizati on of M AA50%60%70%80%W ater2abso rbe

8、ncy506578M AAEA=11,em ulsifier2.0%,initiato r2.0%,cro sslinker0.5%.2結(jié)果與討論2.1種子聚合物的吸水性能本實驗以被堿中和的M AA為種子乳液聚合的單體,與EA共聚得到了交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)型吸水膨脹性種子乳液。并考察了M AA的含量、中和度、引發(fā)劑用量及交聯(lián)劑用量對種子聚合物吸水倍數(shù)的影響。Tab.3Effect of M AA-EA ra tio on wa ter-ab-sorbencyM AAEA1111.211.512em ulsifier2.0%,initiato r2.0%,cro sslinker0.5%,degree of

9、 neutralizati on of M AA=60%.Tab.4Effect of i n iti a tor dosage on wa ter-ab-sorbencyInitiato r do sage0.10%0.15%0.20%0.25%0.35%W ater2abso rbency6660555341M AAEA=11,degree of neutralizati on of M AA=70%,ini2 tiato r2.0%,cro sslinker0.5%.2.2核殼聚合物的吸水性能對交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)型吸水膨脹性種子乳液進行極性梯度包殼后,勢必降低核聚合物的吸水性能。一方面,非吸水性聚

10、合物質(zhì)量增加;另一方面聚合物殼層的存在阻礙了核的吸水性。801高分子材料科學(xué)與工程2003年件下,考察殼層單體配比對聚合物吸水性的影響,得到如T ab.5結(jié)果。隨著體系中硬單體MM A的含量增加,聚合物的吸水性降低。因為MM A的T g較高,鏈段較僵硬,從而限制了核聚合物的吸水膨脹能力,導(dǎo)致吸水倍數(shù)顯著下降。對于第三階段包核反應(yīng),當(dāng)硬單體的量增加時,聚合物的吸水性能也同樣呈現(xiàn)出下降的趨勢。Tab.5Effect of shell m ono m ers ra tio on wa-ter-absorbencyM AAEA=11,degree of neutralizati on of M AA=

11、50%,initiato r2.0%,cro sslinker0.5%.Tab.6W a ter-absorbency change under d ifferen t te m pera tureM AAEA W ater2abso rbencyB efo re shell2 w rapp ing(15A fter shell2w rapp ing 15T g-20T g(2.3多層核殼聚合物膜的光學(xué)性能普通的丙烯酸酯聚合物乳液成膜后均得到透明的聚合物膜。本實驗得到的這種具有吸水膨脹性核的多層核殼聚合物成膜后,具有良好的白度和遮光性能。Tab.7Effect of wa ter-absorb

12、ency on wh ite-nessW h iteness D egree of neutralizati onM AAEA=11;co reshell=11,MM AEA=21.Tab.8Effect of shell m ono m ers ra tio onwh itenessD egree of neutralizati on of M AA=70%,M AAEA=11;co reshell=11.901第2期郭睿嵐等:多層核殼丙烯酸酯乳液的合成及其性能的研究硬,失水后殼層保持原狀,因而核殼之間分離能產(chǎn)生的空隙足夠大,得到的聚合物膜的白度和遮光性能好。參考文獻1曹同玉(CAO Ton

13、g2yu,劉慶普(L I U Q ing2pu,胡金生(HU J ing2sheng.聚合物乳液合成原理性能及應(yīng)用(Juhew u R uyei H echeng Yuanli X ingneng J i Yingyong.北京:化學(xué)工業(yè)出版社(Beijing:Chem ical Industry P ress,1997:419420.2E liseea V I.P rog.O rg.Coatings,1985,13:195.3B lankensh i p R M,A lexander K.U SP,4594363(1986.THE S Y NTHESIS OF CORE-SHELL ACRY

14、LATES COM POSITEE M UL SI ONS AND THE RESEARCH OF ITS APEC I AL PROPERT IESGU O R u i2lan,ZHAO B in,KOU Y i,L I X iao2yu(Institu te of M a teria ls S cience&E ng ineering,B eij ing U n iversityof Che m ica l T echnology,B eij ing100029,Ch inaABSTRACT:T he co re2shell com po site latex w as p rep are

15、d by the m ethod of m u lti2stepseed em u lsi on po lym erizati on.T he copo lym er of M AA(p artially neu tralizedand EA is p rep ared as the seed em u lsi on,w h ich is shelled by the copo lym ers of PMM A,PEA and PBA to ob tain the co re2shell com po site latex p articles w ith a w ater2s w ellab

16、 le co re.T he w ater2ab so rb ing ab ility of the resu lted po lym ers w as studied.Exp eri m en ts revealed that,the co re po lym er has the m ax i2 m um w ater2s w elling ab ility,w h ich increases w ith the increasing con ten t of M AA and the increas2 ing degree of its neu tralizati on by N aO

17、H.T he w ater2ab so rb ing ab ility of the resu lted co re2shell po lym ers increases w ith the increasing tem p eratu re,w h ich indicates that the p enetrating of the w ater th rough the po lym er shell is sen sitive to the tem p eratu re.T he fil m fo rm ed by the resu lted co re2shell em u lsi o

18、n s has very excellen t op aque p rop erty and good w h iteness,w h ich can be i m2 p roved by increasing the w ater2ab so rb ing ab ility of the co re po lym er and enhancing the T g of the shell po lym er.Keywords:acrylates;co re2shell latex p article;seed em u lsi on po lym erizati on;w ater2ab so rb ing a2 b ility;w h iteness(上接第106頁。continued from p.106K INET I C