新型表面活性剂的合成及其乳化性能的研究

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1、摘要中文摘要．通过丙烯酸与壬基酚聚氧乙烯醚、马来酸酐与壬基酚聚氧乙烯醚及饱和醇(『F辛醇、十二醇和十四醇)的酯化反应，合成了丙烯酸型、马来酸单酯型和马来酸双酯型三种可聚合表面活性剂。讨论了催化剂、催化剂用量、反应温度及酸醇配比等对酯化反应的影响，并测试了合成产物的表面性能，结果表明所合成的新型表面活性剂降低水溶液表面张力的能力及对单体丙烯酸丁酯和苯乙烯的乳化能力均大于未经改性的壬基酚聚氧乙烯醚。将合成的可聚合表面活性剂应用于苯丙乳液聚合，通过测试聚合反应速率、凝胶率、乳液表面张力、膜表面接触角等，探讨了新型表面活性剂在聚合反

2、应中的作用机理。结果表明所合成可聚合表面活性剂与壬基酚聚氧乙烯醚一样，其参与的乳液聚合反应遵循经典反应历程，但可聚合表面活性剂参与了聚合反应；通过改变苯乙烯和丙烯酸两种单体的配比，可以改变参与聚合可聚合表面活性剂的量及其聚合位置。用所合成的可聚合表面活性剂制备的苯丙乳液对瓦楞纸的表面施胶性能优于用壬基酚聚氧乙烯醚制备的苯丙乳液。关键词：可聚合表面活性剂；苯丙乳液聚合：马来酸酯；丙烯酸酯：壬基酚聚氧乙烯醚中文文摘乳液聚合技术萌生于上世纪早期，从30年代开始投入工业生产，与其它乳液聚合方法相比，乳液聚合具有一些突出的优点。乳液聚

3、合体系中乳化剂的用量虽然很少，但是在乳液聚合过程中以及在聚合完成后对产品的性能起着非常重要的作用。但是常规乳化剂只是通过物理作用吸附于乳胶粒的表面上，在有些情况下，如加入电解质，乳液稳定性会发生变化乃至破乳，常规乳化剂的存在导致材料弱边界层的形成，降低了材料的使用性能。为了克服常规乳化剂的不足，国内外研究人员开发了许多新型的乳化剂品种，一种有效的途径就是在乳液聚合中使用可聚合乳化剂。·表面活性单体的出现，开辟了表面活性剂合成及应用的新领域，由于表面活性单体是通过化学键连接在聚合物的表面上，因此不会发生乳化剂分子迁移而产生凝聚

4、。在某些特定情况下还能降低对环境的污染。90年代后，国外对此类功能性表面活性剂研究比较多，做了许多相关性的开创性工作，而国内这方面的系统研究比较落后，所以应大力加强研究力度。本文将围绕乳液聚合中传统乳化剂的存在问题，合成新型高效的丙烯酸型可聚合表面活性剂和马来酸型可聚合表面活性剂。本硕士论文主要分为以下四个部分：首先是为绪论。首先介绍了乳液聚合、苯丙乳液聚合产物及其研究进展，其次阐述了表面活性剂的性质、用途和发展现状，介绍了几类新型的表面活性剂；最后较详细讲述了可聚合表面活性剂的特点、分类以及它的研究现状和应用。第一章概述了

5、丙烯酸型可聚合表面活性剂的合成及其应用。选用丙烯酸为可聚合基团，通过壬基酚聚氧乙烯醚与丙烯酸进行酯化反应，合成了丙烯酸壬基酚聚氧乙烯醚酯可聚合表面活性剂，将合成的表面活性剂应用于苯丙乳液聚合，考查酯化反应过程和聚合反应过程反应条件的影响，通过表面活性剂的性能测试及应用效果评价新合成的表面活性剂的表面活性。研究结果发现：经过酯化后的壬基酚聚氧乙烯醚具有比未改性之前更高的表面活性，对苯乙烯、丙烯酸丁酯的乳化能力更高：丙烯酸壬基酚聚氧乙烯醚酯参与的聚合反应过程中半连续加料方式不仅能加快聚合反应速率，降低反应的凝胶率，还能提高乳液聚

6、合物的耐水性，应用于瓦楞纸施胶时，施胶效果较好；减小单体质量分数、增大丙烯酸丁酯用量及增加乳化剂用量都有利于提高反应速率、增加单体转化率和降低凝胶率；聚合反应过程的分析还发现合成V中文文摘的可聚合表面活性剂参与了单体的聚合反应，新合成的胶乳与采用普通乳化剂制得的胶乳相比具有更高的转化率和更好的稳定性。第二章报告了系列马来酸壬基酚聚氧乙烯醚酯可聚合表面活性剂的合成与应用。马来酸酯类可聚合表面活性剂活性适中，此类型的可聚合表面活性剂的一个突出特点就是它不易形成均聚物，可聚合基团处于亲水亲油基团之间，表面活性剂的性质受控于空间位阻

7、效应和亲水亲油平衡。本实验就不同可聚合基团位置和不同亲油基长度两个方面展开论述，合成马来酸单酯和马来酸双酯两类表面活性剂，研究这两类可聚合表面活性剂的合成，性能与结构的关系以及它们苯丙乳液聚合中的应用。研究发现：(1)与传统的表面活性剂对比，新合成的马来酸／NP．10单酯具有良好的表面活性，表面张力最低可达到33．29mN．rn一，临界胶束浓度为O．1319mm01．L～。(2)双酯的表面活性受碳链的长度影响变化不大。(3)马来酸单酯应用于苯丙乳液聚合时，随引发剂用量和乳化剂用量的增多，聚合反应速率及单体的转化率先增大后减小

8、；随反应温度的升高和BA：St质量比的减小，聚合反应速率和单体的转化率逐渐增大；在聚合反应过程中通入惰性气体N2作为保护气可以明显改善聚合反应过程及乳液的性能，加快反应速率，提高单体转化率，并能延迟凝胶出现。(4)由可聚合乳化剂所制备的乳液的表面张力均在42mN．md以上，远大于乳化剂在临