單分散交聯(lián)聚苯乙烯微球的合成及性能研究.pdf

1、單分散交聯(lián)聚合物微球因其具有良好的耐熱和耐溶劑性能、力學(xué)性能、吸附性能以及表面活性，在生物醫(yī)藥、電子信息、分析化學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)計量及環(huán)境保護等許多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，對其研究與開發(fā)受到越來越多的重視。 本論文首先研究分散聚合法制備單分散交聯(lián)聚苯乙烯微球，采用交聯(lián)劑的后滴加工藝，并選擇了合理的分散聚合體系，考察不同分散聚合參數(shù)，諸如：初始單體濃度、穩(wěn)定劑濃度、引發(fā)劑濃度、交聯(lián)劑濃度、介質(zhì)配比、后滴加配方、后滴加開始時間、后滴加持續(xù)時

2、間、攪拌速率等因素對聚合體系穩(wěn)定性、微球粒徑及其分布的影響和變化規(guī)律，并研究了所制交聯(lián)聚苯乙烯微球的耐溶劑及耐熱性能。結(jié)果表明：在無水乙醇/水體系中，交聯(lián)聚苯乙烯微球的平均粒徑隨初始單體濃度、引發(fā)劑濃度、交聯(lián)劑濃度、醇/水比、攪拌速率的增加而增大，隨穩(wěn)定劑濃度的增大而減小。通過交聯(lián)劑后滴加工藝可以制備單分散的交聯(lián)聚苯乙烯微球，微球的平均粒徑隨后滴加開始時間的推遲而增大，隨后滴加持續(xù)時間的延長而減小，隨后滴加配方中無水乙醇含量的增加基本維

3、持不變。對微球的性能進行分析測試，發(fā)現(xiàn)所制備的微球具有良好的單分散性和球形度，交聯(lián)度最高可達92％，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱分解溫度分別達到105.7℃和428.7℃。 本論文初步探討了采用交聯(lián)劑后滴加工藝的苯乙烯分散聚合的動力學(xué)特征及聚合機理。結(jié)果表明：初期聚合速率和反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化率隨交聯(lián)劑濃度和引發(fā)劑濃度的增加而升高。通過紅外光譜和掃描電鏡能譜分析(EDS)對聚合物粒子的表征，得出穩(wěn)定劑PVP通過接枝聚合物和物理吸附兩種方式存在于微

4、球的表面，并對微球起到穩(wěn)定保護的作用；交聯(lián)劑二乙烯基苯與單體苯乙烯發(fā)生了共聚，并導(dǎo)致有部分雙鍵殘留于微球表面或微球內(nèi)部。基于實驗結(jié)果，提出了以下聚合機理假設(shè)，采用交聯(lián)劑后滴加工藝的分散聚合過程可分為三個階段。(1)均相成核期：反應(yīng)開始時，單體苯乙烯、穩(wěn)定劑PVP、引發(fā)劑AIBN全部溶解于分散介質(zhì)中，升溫引發(fā)劑分解產(chǎn)生自由基，并引發(fā)單體聚合，生成溶于分散介質(zhì)的短鏈自由基，當(dāng)分子鏈長超過臨界長度后，便從介質(zhì)中沉析出來形成核。在此過程中，部分

5、短鏈自由基向PVP分子鏈轉(zhuǎn)移形成接枝聚合物。(2)成球期：聚合物核不穩(wěn)定，相互間聚并直至形成立構(gòu)穩(wěn)定的粒子，粒子表面存在PVP的接枝聚合物和物理吸附的PVP分子，由于其空間位阻效應(yīng)阻礙粒子間的繼續(xù)聚集。(3)微球增長期：交聯(lián)劑DVB開始加入到反應(yīng)體系中，一部分DVB同單體、引發(fā)劑和自由基一起被粒子吸收并在粒子相中發(fā)生聚合，另一部分DVB在介質(zhì)中聚合或與單體共聚形成短鏈自由基并迅速被粒子捕獲。微球的增長依靠以上兩種方式進行，直至單體、交聯(lián)

6、劑完全耗盡。本論文還通過蒸餾-沉淀聚合法制備了單分散的高交聯(lián)度聚苯乙烯微球，探討了單體總濃度、交聯(lián)劑濃度、引發(fā)劑濃度以及混合介質(zhì)中乙醇含量對交聯(lián)聚苯乙烯微球平均粒徑、粒徑分布及產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明：在本實驗條件下，微球粒徑和產(chǎn)率均隨著單體總濃度、交聯(lián)劑用量、引發(fā)劑用量的增加而增大，隨著混合溶劑中無水乙醇含量的增加，粒徑分布變窄，產(chǎn)率升高。交聯(lián)劑的最高用量可達單體總體積的63.8％，說明通過蒸餾-沉淀聚合法可以制備單分散高交聯(lián)度的聚苯乙烯