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涂料乳液

纳米ZnO复合聚苯丙乳液合成及功能性研究

时间:2011-05-03 11:42:52 来源: 作者:小辉 点击:
2.结果与讨论

  2.1纳米ZnO复合乳液聚合反应机理

  在反应体系中,ZnO微粒加入分散剂的水溶液中,通过超声分散,分散剂大分子链上部分羧基与ZnO表面作用而使聚甲基丙烯酸吸附和锚定在ZnO微粒表面,亲水基团羧基与ZnO微粒表面作用使得疏水的碳链朝外。相对于水相来说,ZnO微粒表面变得比较亲油疏水。当引发剂分解生成自由基时,溶在水中的单体分子被引发生成单体自由基,可以进一步与其他单体连锁加成而增长,形成一端带有亲水基团(引发剂碎片)的自由基活性链,随着链增长反应的进行,自由基活性链聚合度增大,在水中溶解性逐渐变差,当活性链增长至临界链长时,便自身卷曲缠结,易从水相中析出,反应体系中的ZnO微粒很小,具有较大的比表面积,加之又相对亲油疏水,它就很容易吸附这些生成的低聚物,结果聚合物分子链就包覆在ZnO微粒表面,根据“相似相容”原理,亲水性的基团(如引发剂碎片、羧基等)必然指向水相,在ZnO微粒表面层形成聚合反应场所。随着反应进行,水溶解的单体趋附于粒子表面的聚合物和水的界面,一旦遇到自由基,就在此进行聚合反应,最后使生成的高聚物包覆在ZnO微粒表面,形成包覆型ZnO复合聚苯丙乳液微粒。其反应机理如图1所示。

图1无皂乳液聚合制备纳米ZnO复合聚苯丙乳液微粒示意图

图1无皂乳液聚合制备纳米ZnO复合聚苯丙乳液微粒示意图
 
2.2分散剂用量的影响

  根据前述的聚合反应机理可知,分散剂聚甲基丙烯酸钠分子被吸附或锚定在ZnO微粒的表面,对纳米微粒起到空间位阻作用,同时在聚合反应过程中可以吸附活性自由基聚合__物链,而使聚合物包覆在ZnO微粒表面。如果分散剂用量太大,在反应体系中会形成大量游离的聚甲基丙烯酸钠分子,这些低聚物分子链通过卷曲会成为类似胶束的场所,单体会在此进行聚合生成纯聚合物胶粒。为此,在聚合反应之前,用超滤膜对分散剂处理的ZnO微粒水溶液进行分离,然后再进行聚合反应。图2为分离与否两种情况下聚合反应产物的包覆率和包覆效率。
 
图2经过分离工艺和不分离制备聚合物粒子的包覆率和包覆效率比较

图2经过分离工艺和不分离制备聚合物粒子的包覆率和包覆效率比较
 
由图2可以发现,将游离分散剂分子分离后,合成复合微粒的包覆率和包覆效率较高。这就证实了前面的分析,未分离游离分散剂分子容易生成纯聚合物乳胶粒子。

2.3单体加入方式对乳液聚合的影响

  分别采用一次性加入单体和滴加法进行研究,图3为单体不同加入方式对复合微粒包覆效率的影响。
 
图3单体加入方式对包覆效率的影响

图3单体加入方式对包覆效率的影响
 
从图3可以看出,采用滴加方式包覆效率比一次性加入高。滴加时反应体系中基本不存在单体液滴,单体在反应体系中呈现“饥饿”状态,单体在ZnO微粒表面进行聚合,而一次性加入单体时,单体还会以低聚物聚合方式形成纯乳胶粒子。这样单体以“饥饿”方式加入时,会形成核壳结构粒子,非“饥饿”方式加入时,除了形成核壳粒子,还会有许多新的粒子产生。

  
关键词: 纳米复合聚苯
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