十一烯酸基共聚物的制备及其在乳液聚合中的应用
丙烯酸酯乳液是工业生产中应用最广泛的乳液类型之一，利用生物质资源对其进行改性制备生物基乳液具有较好的环境效益。十一烯酸(UA)是从蓖麻油中提取出来的生物基单体，具有来源丰富、可生物降解以及环境友好等特点，可以用来对丙烯酸酯乳液进行改性。本文将十一烯酸(UA)与甲基丙烯酸甲酯(MMA)通过乳液聚合的方法制备了UA/MMA共聚物乳液，其中UA即可作为软单体使用也可代替丙烯酸作为功能性单体。然后将UA与马来酸酐(MAH)共聚制备了具有羧基和酸酐官能团的共聚物(UMA)，将此共聚物与十二醇(DA)酯化合成了UMA-DA聚合物，皂化后作为大分子乳化剂用于UA与MMA的乳液聚合。 通过乳液聚合的方法制备了十一烯酸/甲基丙烯酸甲酯(UA/MMA)共聚乳液，研究了具有烯丙基结构的UA单体和引发剂用量对聚合过程及聚合物性能的影响。结果表明，UA参与了和MMA的共聚反应。UA参与聚合后导致聚合物相对分子质量下降明显，随着UA用量从10％增加到30％，聚合物相对分子质量从203000下降到147000，乳液聚合速率下降，制备的UA/MMA共聚物热稳定性有所提高，与MMA均聚物相比具有较低的玻璃化转变温度。在UA/MMA乳液制备过程中，随着引发剂用量增加，单体转化率增大，共聚物相对分子质量减小。粒径测试表明乳液粒子体积平均粒径在120 nm左右，且随着UA用量增加，乳液粒径稍有增大。黏度测试表明，共聚物乳液黏度处于10～15 mPa·s范围之内。 通过沉淀聚合的方法制备了UA/MAH共聚物，由FT-IR和13C NMR分析可知UA和MAH成功发生了共聚反应。GPC和转化率测定数据表明，随着UA与MAH物质的量之比的减小，聚合物的相对分子质量呈减小的趋势，分子量分布指数减小，转化率先增大后减小。增加引发剂用量和提高反应温度单体转化率增加，但制备的UMA共聚物相对分子质量下降明显。提高单体浓度可以有效地提高转化率和相对分子质量。酸酐含量的测定数据表明，随着MAH用量的增加，酸酐含量先增加后减小，结合转化率数据可知在该反应体系中，UA和MAH最佳的物质的量配比为40/60。DSC曲线表明，随着UA与MAH物质的量之比的减小，Tg先升高后略有下降，与酸酐含量变化基本一致。热重数据表明，制备的UA/MAH共聚物具有较好的耐热性。 将十一烯酸/马来酸酐(UMA)共聚物和十二醇(DA)通过酯化反应制备了UMA-DA共聚物，皂化后用作大分子乳化剂。FT-IR分析表明，UMA与DA成功发生了酯化反应。通过表面张力法对UMA-DA皂化物的CMC值进行了测定，测得其CMC值为9.55 g/L，所对应的表面张力γ CMC为23.04 mN/m。并将UMA-DA乳化剂对UA、MMA混合单体的乳化性能进行了测试，结果显示，在UA/MMA乳液聚合体系下，相比于已经商业化、应用范围广且性能优良的双（2-乙己基）磺基丁二酸钠(AOT)和十二烷基硫酸钠(SDS)，UMA-DA的乳化性能略低于AOT但优于常规乳化剂SDS。 以UMA-DA为大分子乳化剂制备了UA/MMA共聚乳液，讨论了UMA-DA用量对乳液性能的影响。结果表明，在同一单体配比下，UMA-DA用量从6％增加到12％，单体转化率先增大后略有减小，凝胶率逐渐减小，乳液粒径和粒径分布指数都呈增大的趋势，相对分子质量增加。对不同UMA-DA用量下乳胶膜的吸水率随进行了测定，结果表明，随着UMA-DA用量从6％增加到12％，乳胶膜的吸水率逐渐减小。 将分别以UMA-DA和AOT为乳化剂制备的乳液进行对比，结果表明，两种乳化体系下单体的转化率相差不大，UMA-DA为乳化剂时乳液的凝胶率、粒径以及胶膜吸水率高于AOT。但通过对UMA-DA乳化剂的用量以及聚合物本身的性质进行调整，相信可以更好地用于UA/MMA乳液聚合或者其他乳液聚合体系。
丙烯酸酯乳液;十一烯酸;共聚物;沉淀聚合;大分子乳化剂
中国林业科学研究院
硕士
应用化学
金立维
2018
中文
TQ316.334
80
2018-11-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）