特種乳液聚合有種子(或多步或叫核/殼)乳液聚合、反相乳液聚合、無皂乳液聚合、細乳液聚合(有時又叫微乳液聚合)、微乳液聚合(有時又叫超微乳液聚合)、超濃乳液聚合、分散乳液聚合、可聚合乳化劑乳液聚合、聚合物乳化劑乳液聚合、懸浮乳液聚合、陽離子乳液共聚合可以得到異相分離結(jié)構(gòu)的核/殼型聚合物乳膠粒子,所以將這種聚合方法稱為核/殼乳液聚合。核/殼型聚合物粒子的結(jié)構(gòu)形態(tài) 由于組分性質(zhì)的差異,聚合工藝和條件的不同,可以制得多種形態(tài)的聚合物粒子。除了正常球型核/殼粒子,還有非球型或異常型的夾心型、糖果型、草莓型、偏離性、多角性、互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)型、啞鈴型等。特種結(jié)構(gòu)粒子包括多層結(jié)構(gòu)粒子(洋蔥型),無機/有機包覆粒子,含各種功能基團的粒子。核/殼型聚合物粒子的制備 種子乳液聚合或分布乳液聚合是制備核/殼復(fù)合聚合物的主要方法,根據(jù)所要求的粒子形態(tài),首先合成適宜的種子乳液,然后再以不同的反式加入第二部分單體,使之繼續(xù)聚合,按照第二步單體加入的方式,單體和引發(fā)劑的性質(zhì)等條件的影響,可以形成形態(tài)各異的核/殼聚合物粒子。制備聚丙烯酸丁酯(PBA)核和聚苯乙烯(PS)殼型復(fù)合聚合物乳膠時,按BA31、蒸餾水69、SDS0.39、KPS0.25配比,首先采用乳液聚合在70℃反應(yīng)28h合成PBA乳液,然后用透析法除去該體系中的乳化劑(為防止單獨形成PS粒子,必須除凈乳化劑),在PBA粒子存在下按PBA進行苯乙烯(St)種子乳液聚合,70℃一般要7h。核/殼乳液粒子形成的影響因素 :聚合工藝的影響 單體2加入的方式有半連續(xù)法、間歇法和溶脹法。半連續(xù)法是達到聚合溫度后,單體2 維持在一定的時間內(nèi)均勻加入,使滴加速率小于聚合速率,體系中的單體2濃度始終較小,即聚合處于饑餓狀態(tài);間歇法是達到聚合溫度后,一次性加入單體2,濃度處于富裕狀態(tài);溶脹法是單體2 加入后在種子乳膠粒上溶脹一定時間,使單體2部分滲入到種子乳膠粒中,在升到聚合溫度聚合。用半連續(xù)法時,種子乳膠粒的表面和內(nèi)部的單體2濃度都很低;用間歇法時,種子乳膠粒的表面單體2的濃度很高;用溶脹法時,種子乳膠粒的表面和內(nèi)部的單體2濃度都很高。兩類聚合物的特性的影響 一般來說,若兩種聚合物親水性都較小,且相差也不大時,則會按照單體的加料機聚合物星辰的順序構(gòu)成乳膠粒子,即種子聚合物1為核,第二步聚合物2為殼。假如,聚合物2親水能力高于聚合物1的親水能力能力,而且聚合物2的親水能力很強,最終形成的乳膠粒子會呈現(xiàn)規(guī)整的球型核/殼結(jié)構(gòu),即核層有聚合物1,殼層由聚合物2組成。當(dāng)單體加入到體系以后,由于聚合物2的親水能力很強,聚合反應(yīng)在種子粒子的表面進行,聚合物2就包覆與聚合物1的種子上,不會受到相分離而產(chǎn)生排斥,粒子內(nèi)部不產(chǎn)生局部的區(qū)域性分散現(xiàn)象,因而這種表面聚合反應(yīng)能導(dǎo)致規(guī)整的球型核/殼結(jié)構(gòu)。 若聚合物1的親水性高于聚合物2,乳膠粒子通常由聚合物1形成殼、聚合物2形成核的翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)粒子,或聚合物2分散在聚合物1中項城多種不同的結(jié)構(gòu)。聚合物1的分子量低于聚合物2則核和殼之間的相界面比較彌散。聚合物1和聚合物2如有一定的互溶性,兩者對水的親和力又相差不大,則乳膠粒子為正常型的核/殼結(jié)構(gòu)。兩類聚合物之間的混溶性很差,單體2可溶脹聚合物1,乳膠粒子的形態(tài)會發(fā)生一系列變化,這種變化與兩階段單體的用量比、體系黏度、引發(fā)劑類型以及聚合方法等因素有關(guān)。MMA/St這一對混溶性不好的體系,當(dāng)體系黏度比較高時,PS分子的活動能力受到阻礙,只能在PMMA粒子的表面定位,從而PMMA粒子的表面區(qū)為PS組分覆蓋。PMMA和PS兩相的界面,隨著St單體轉(zhuǎn)化率的增加而變得較明顯,因為PMMA的親水能力優(yōu)于PS。但當(dāng)St單體轉(zhuǎn)化率繼續(xù)增高時,PMMA四周的PS分子想PMMA粒子內(nèi)部“擠壓”,最終會形成一種“漿果狀”核/殼型粒子,粒子表面不平整。反之,當(dāng)體系黏度較低時,PS分子的活動能力較強,比較容易從PMMA組分中分離出來,兩相界面清楚,不受單體轉(zhuǎn)化率的影響,粒子表面也比較平整。
另外,如果聚合物2的親水性大于聚合物1親水性,就可能形成正常的核/殼結(jié)構(gòu)。如果聚合物1的親水性大于聚合物2親水性,就可能形成非正常的翻轉(zhuǎn)核/殼結(jié)構(gòu)。如果聚合物1不溶于單體2,即單體2不能擴散進種子內(nèi),聚合物2會在種子外層聚合,就可能形成正常的核/殼結(jié)構(gòu)。如果聚合物1和聚合物2相容,就可能形成非正常的核/殼結(jié)構(gòu),但核殼層相互滲透,核殼的界限不分明。雖然聚合物1和聚合物2相容,但聚合物2端基帶有較多的親水性引發(fā)劑粒子基團,也可能形成正常的核/殼結(jié)構(gòu)。如果單體2可溶脹聚合物1,但兩種聚合物又不相容,則可能發(fā)生相分離,生成異形結(jié)構(gòu)的乳膠粒子。如果核層聚合物交聯(lián),又可以被單體2溶脹,但兩種聚合物有不相容,則聚合物2可能穿透種子聚合物1,形成富含聚合物2的殼層.引發(fā)劑類型的影響 在MMA為單體1,St為單體2的種子乳液聚合中,用油溶性引發(fā)劑偶氮二異丁腈(AIBN)和親水性不大的4,4’-二偶氮基-4-氰基戊酸(ABCVA)時,制得的乳膠粒子都觀察到了“翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象”。這是由于PMMA比St親水性大,趨向靠近水相,而St則鉆到PMMA乳膠粒子內(nèi)部遠離水相而進行聚合。當(dāng)使用水溶性引發(fā)劑過硫酸鉀(KPS)時,過硫酸鉀(KPS)使大分子鏈上帶上了親水的離子基團,增大了PS鏈的親水性,對乳膠粒起到了穩(wěn)定作用,有可能不發(fā)生翻轉(zhuǎn),得到“夾心狀”或半月結(jié)構(gòu)的乳膠粒。引發(fā)劑用量少時,仍可能發(fā)生翻轉(zhuǎn)。
乳膠粒的核/殼結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系:核/殼乳膠的最低成膜溫度(MFT) 最低成膜溫度(MFT)主要受聚合物的玻璃化溫度(Tg)的影響,MFT強度的依賴于聚合物的結(jié)構(gòu)和粒子形態(tài)。研究PMMA/PEA核/殼乳膠所形成的膠膜性能時發(fā)現(xiàn),MMA含量為50%時,共聚物乳膠的MFT為30℃,而對核/殼結(jié)構(gòu)的乳膠,如核為PMMA。殼為PEA,MFT僅為0℃;若為核PEA,殼PMMA時,對應(yīng)的MFT會上升到70℃。核/殼乳膠膜的力學(xué)性能 研究PMMA/PEA核/殼乳膠所形成的膠膜的力學(xué)性能時發(fā)現(xiàn),當(dāng)伸長率為100%時,核/殼膠乳所成膠膜的拉伸強度比相同無規(guī)組成乳膠粒子的膠膜的大4倍,同時還具有較高的氣阻和較高的模量。這些結(jié)果都表明,由種子聚合方法制得的核/殼結(jié)構(gòu)的乳膠及其膜的力學(xué)性能,要優(yōu)于均勻共聚物及聚合物共混物的力學(xué)性能。由于核/殼乳膠粒子的特殊形態(tài),與組成相同的共聚膠乳相比,其膠膜有較高的機械強度和良好的耐溶劑性。核/殼型復(fù)合乳膠膜的玻璃化轉(zhuǎn)變(Tg) 核/殼型復(fù)合乳膠粒子成兩相結(jié)構(gòu),分別出現(xiàn)兩個Tg,一個是成核聚合物貢獻,一個是成殼聚合物貢獻。如MMA/EA體系的產(chǎn)物是一種非均相的復(fù)合物,均聚物PEA在-22℃附近,PMMA在105℃附近。由于核/殼界面上具有一定偏差,表現(xiàn)為PEA鏈段其微區(qū)的Tg升高,PMMA微區(qū)的Tg降低。核/殼型膠乳的熱處理性能 核/殼結(jié)構(gòu)的乳膠粒子因微相分離,在不同溫度下處理會顯出不同的性質(zhì)。在400K以下,PBA/PMMA乳膠膜是非黏性的,但在420~470K熱處理后便呈現(xiàn)黏性。這是由于核殼在加熱時發(fā)生破裂。而PEA/PS與之正相反,乳膠膜經(jīng)熱處理后由黏性變成無黏性狀態(tài),由于PS與PEA混溶性差,在粒子中相分離,當(dāng)?shù)蜏爻赡r連續(xù)相為PEA,因而成黏性;而加熱時大量獨立的PS粒子溶接在一起,形成包埋PEA的壁層,從而使黏性消失。 環(huán)氧樹脂 - mcguy.net -(責(zé)任編輯:admin) |