论文部分内容阅读
醋酸乙烯(VAt)经自由基引发聚合生成聚醋酸乙烯(PVAc),再经碱或酸催化醇解制得聚乙烯醇(PVA)。VAc溶液聚合的传统引发剂是偶氮二异丁腈(AIBN),导致腈根(CN)残基接在大分子链末端,使得PVAc中含有毒性的CN基团。本文以生物乙烯法制造的醋酸乙烯(Bio-VAc)为单体、过氧化月桂酰-二叔丁基过氧化物(LPO-DTBP)为非腈复合引发剂和甲醇为溶剂进行溶液聚合反应的研究,确定了最优聚合反应条件和建立了溶液聚合反应动力学模型。主要研究内容如下:采用单因素和正交实验方法,考察了搅拌转速、反应温度、反应时间、甲醇用量、引发剂用量对产物转化率和聚合度的影响,方差分析确定影响转化率的主要因素的主次顺序是:引发剂用量>反应时间>反应温度>甲醇用量;影响聚合度的主要因素的主次顺序是:甲醇用量>引发剂用量>反应温度>反应时间;综合评价转化率和聚合度两个指标,确定最优聚合反应条件为:搅拌转速200 r.min-1,反应温度65℃,反应时间3 h,甲醇用量10%,引发剂用量0.010%,所得PVA平均聚合度为3755,其平均转化率为45.00%。在线跟踪Bio-VAc转化率随反应时间的变化关系,对聚合反应初期阶段溶液聚合动力学模型进行研究。结果表明,在非腈复合引发剂上Bio-VAc溶液聚合是典型的游离基加聚反应,聚合初期阶段反应指前因子(A)为150.4,活化能(Ea)为32.37 kJ-mol-1,反应初期阶段溶液聚合动力学模型为采用傅里叶红外光谱(FT-JR)、凝胶渗透色谱(GPC)、扫描电镜(SEM)、差示量热扫描(DSC)和热重分析(TG)表征产物的结构、分子量及其分布、表面形貌、玻璃化转变温度(Tg)和产物的质量随温度的变化关系特性,对LPO-DTBP非腈类引发产物和偶氮二异丁腈(AIBN)腈类引发产物的性能作比较。结果表明,非腈类引发产物与腈类引发产物结构区别不大,都同为产物PVAc和PVA,非腈类引发剂对产物结构无影响;LPO-DTBP-PVAc的分子量分布与AIBN-PVAc的分子量分布分别为1.66和1.70,二者较接近;LPO-DTBP-PVAc较AIBN-PVAc的表面光滑平整;LPO-DTBP-PVA表面均匀平整,而AIBN-PVA表面不平整,有大块状结构;对比产物的玻璃化转变温度(Tg),LPO-DTBP-PVAc的Tg为34.8℃、AIBN-PVAc的Tg为26.7℃、LPO-DTBP-PVA的Tg为91.6℃和AIBN-PVA的Tg为85.1℃,非腈复合引发剂聚合产物的Tg高于AIBN引发剂的产物,这是因为非腈引发产物的分子量大,分布较窄且其结构规整的缘故;LPO-DTBP-PVAc和AIBN-PVAc均为两步失重,但在不同温度范围受热失重程度不同,而LPO-DTBP-PVA和AIBN-PVA均为一步失重,在不同温度范围受热失重程度也不同。