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环状有机硅单体的细乳液聚合及应用

作　者: 沈俊毅
导　师: 单国荣
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程
关键词: 聚二甲基硅氧烷乳液八甲基环四硅氧烷（D4）阳离子细乳液聚合动力学分子量
分类号: TQ316.334
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

聚二甲基硅氧烷由于无毒、柔软和低表面张力，有着多种优良的性质，如耐热、耐低温、润滑性能，被广泛地应用于工业的各个领域。在纺丝工业中，聚二甲基硅氧烷是优良的润滑剂，但是聚二甲基硅氧烷有一定的黏度，容易附着在丝上很难洗去，造成后序处理难度加大。采用聚二甲基硅氧烷水乳液作为润滑剂是提高聚二甲基硅氧烷易洗性的方法之一，但是由于聚二甲基硅氧烷的高黏度，很难将其直接乳化，同时直接乳化得到的聚二甲基硅氧烷乳液稳定性很差。本论文采用细乳液聚合技术，以八甲基环四硅氧烷（D₄）为单体，酸为催化剂，十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为乳化剂，十六烷（HD）为共稳定剂，制备了粒径在200nm左右的聚二甲基硅氧烷水乳液，作为纺丝上的润滑剂。研究了超声时间、乳化剂用量、单体用量、共稳定剂用量和催化剂用量对聚二甲基硅氧烷细乳液粒径和稳定性的影响，制备了稳定的聚二甲基硅氧烷细乳液。得到制备稳定的聚二甲基硅氧烷细乳液的工艺条件。测定超声后细乳液的表面张力，发现其表面张力高于十二烷基苯磺酸钠达到CMC时的表面张力，说明体系中没有胶束；在聚合过程中乳胶粒的尺寸保持稳定。这两方面证实了研究体系是单体液滴成核占主要地位的细乳液聚合。通过测定单体转化率随时间的变化，研究了D₄阳离子细乳液聚合宏观动力学，对超声时间、乳化剂用量、催化剂用量等因素对聚合动力学的影响进行了研究，拟合得到催化剂浓度等因素的宏观动力学级数。根据宏观动力学的研究结果，提出了D₄开环聚合的场所是在单体液滴的表面，乳化剂十二烷基苯磺酸钠与水相中的氢离子反应生成的十二烷基苯磺酸是聚合反应真正的催化剂。单体从液滴内部扩散到油水界面参与反应，油水界面面积对反应速率有着重要影响。利用凝胶渗透色谱测定了D₄阳离子细乳液聚合过程中分子量的变化，根据数均分子量的定义结合单体转化率，分析了聚合过程中分子数目的变化，提出了D₄阳离子细乳液开环聚合机理的物理模型及主要的基元反应和过程，包括：界面引发反应、界面增长反应、界面缩聚反应、与水的界面终止反应以及液滴内部单体向界面的扩散。研究了催化剂浓度和温度对聚合过程分子量变化的影响。对聚合反应前期机理进行了分析，发现t时刻的单体浓度与聚合物链数有如下关系[D₄]₀-[D₄]_t=1/2（k_p/k_i）N_t²。最后，通过测定涂有聚二甲基硅氧烷细乳液的聚氨酯薄膜和不锈钢块之间的摩擦系数表征了聚二甲基硅氧烷的润滑性能，研究了细乳液组分和聚二甲基硅氧烷分子量对润滑性能的影响；用水洗过程中涂有聚二甲基硅氧烷细乳液的聚氨酯薄膜与水的接触角变化表征了聚二甲基硅氧烷细乳液易洗能力，研究了聚二甲基硅氧烷分子量和细乳液聚合工艺对细乳液易洗性能的影响。

环状有机硅单体的细乳液聚合及应用

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