含氟丙烯酸酯核壳结构的无皂乳液聚合及其性能、结构分析

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在本实验中首先采用了重量法对三元共聚体系的转化率进行了测定,从而确定了竞聚率测定过程中的反应时间。用核磁技术测定了共聚物的组成,并用直线交叉法和截距斜率法计算出丙烯酸六氟丁酯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸甲酯的竞聚率。采取一次投料进行三元共聚,再利用测得的竞聚率对得到的共聚物中组分的含量进行计算,发现得到的计算值与实验值有差别。这说明采用一次投料方式进行聚合得到的共聚物组成与实际共聚物组成相差较大,所以我们可以采用半连续法,即滴加部分活泼单体的方法。  采用半连续法制备了固含量为30%的具有核壳结构的含氟丙烯酸酯三元共聚物乳液。使用不同组成的混合单体合成了不同氟组分含量的共聚物系列。利用傅立叶红外(FTIR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)技术定量分析了甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸十二氟庚酯的用量对共聚物组成的影响。结果表明:随着含氟单体用量的增加,共聚物中氟组分含量明显增大。并且由于三元共聚体系中三种单体竞聚率的相互差异,丙烯酸丁酯在单体用量比率中的增大可以显著的提高含氟单体进入大分子链的能力,从而增加共聚物中氟组分的含量。另外,使用表面衰减全反射(ATR),接触角测试表征了共聚物的表面结构和性能。结果表明:涂膜接触角与共聚物膜表面含氟基团的密集程度有直接的联系,膜的防水性能随着表面含氟基团含量的增大而增大。同时,将不同红外测试技术对共聚物及其表面的氟组分含量的分析结果进行对比可以看到:共聚物乳胶膜表面的氟组分含量小于共聚物的氟组分含量。但是对于常规乳液来说,由于共聚物在成膜过程中,共聚物的含氟基团有迁移到膜-空气界面的趋势,含氟侧链在膜的表面向空气中伸展导致共聚物乳胶膜表面的氟组分含量大于共聚物的氟组分含量[11]。该实验中得到的结论与其不符,这可能是由于在该共聚体系中所使用的反应性乳化剂对含氟基团在成膜过程中向表面迁移产生了负面影响,即阻碍了它向表面的迁移。  同时,以反应性乳化剂V-20S为乳化体系,采用半连续法制备了具有核壳结构的含氟丙烯酸酯共聚物乳液。将合成的共聚物乳液与常规乳化体系合成的共聚物乳液进行对比。高速离心机对乳液聚合稳定性的研究结果说明:采用特殊的可反应性乳化体系,合成的乳液的凝胶率大大减少。,即聚合物的稳定性明显提高。傅立叶红外(FTIR),核磁共振氢谱(1H-NMR)测试的数据分析了共聚物的结构组成信息。结果表明:可反应性乳化体系中随着含氟单体用量的增加,共聚物中氟组分含量也随之增加;当含氟单体用量不变时,共聚体系中丙烯酸丁酯组分的增加有助于提高共聚物的氟组分含量;采用反应性乳化剂合成含氟丙烯酸酯三元共聚物乳液的氟组分含量要小于采用常规乳化体系合成的三元共聚物乳液中氟组分含量。核磁共振碳谱(13C-NMR)的结果给出了共聚物的微观序列结构的信息:在共聚物中二元序列结构中,-MMA-MMA-,-BA-BA-链节占据了大半部分,而表征三种共聚单体之间无规共聚的-MMA-BA-,-MMA-G04-,-BA-G04-链节则是随着含氟单体用量的增加而增大。表面衰减全反射技术,X射线光电子能谱仪,纺织助剂防水测试和接触角的测试结果表明:采用特殊反应性乳化体系合成的共聚物,其防水性能明显低于同样含氟单体用量但采用常规乳化体系合成的共聚物。  可以发现,两种乳化体系合成的具有核壳结构的含氟丙烯酸酯三元共聚物乳液互有优势,存在着不同,反应性乳化剂V-20S虽然增强了共聚物乳液的稳定性,但是不利于膜的各方面性能。为了充分发挥可反应性乳化体系的优势,改善共聚物膜表面防水性能,所以V-20S不易多用,或者找到既利于共聚物乳液稳定性又有利于共聚物膜表面性能的新型反应性乳化剂。但是总的来说,乳化剂分子其本身对合成的共聚物产物的性能还是会产生很多负面的影响,所以为了改善乳液的性能,我们还是要致力于不采用任何乳化体系的无皂乳液的合成。
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