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该论文由两个部分组成:第一部分为PVA的结构对醋酸乙烯酯乳液聚合的影响;第二部分为聚(聚从醋酸乙烯酯-乙烯)共聚乳液的二次改性研究。两部分研究紧紧围绕着醋酸乙烯酯乳液规模化生产及应用中的关键性基础问题,研究结果对我国PVA行业大型国有企业的技术提升具有重要意义。
第一部分:PVA细微结构对醋酸乙烯酯乳液的性能影响
PVAc乳液所用原料醋酸乙烯是世界上产量最大的五十种化工原料之一,也是价格最为低廉的聚合单体:我国醋酸乙烯的产量居世界前列;目前国内80%以上的醋酸乙烯用于维尼纶和聚乙烯醇的生产,同时衍生出如PVAc乳液、目前国内PVAc乳液的产量在100万吨以上。
PVA是醋酸乙烯酯乳液(PVAc)合成中的主要辅助材料,其作用是作为PVAc乳液合成的保护胶体,它对醋酸乙烯酯乳液的合成过程,对合成PVAc乳液各种性能的影响具有重要影响。本文首先采用凝胶渗透色谱(GPC)和光散射法、DSC、NMR等多种测试方法,系统探讨了来源不同的PVA在聚合度大小与分布、醇解度大小与分布、嵌段分布与特征系数、立体结构上差异,以及这些差异与合成的PVAc乳液性能的关系,并与部分国外的同类产品进行了对比。研究结果表明,不同批次PVA在其细微结构上存在一定的差异,其中PVA分子侧链上乙酰的嵌段分布指数和PVA分子链上羟基的空间构型比例,对合成的PVAc乳液的影响比较明显。在此基础上,提出了“通过加强PVA生产过程控制,提高我国PVA产品的质量与稳定性”的建议。研究结果对国产PVA的生产与使用具有重要的借鉴作用。
第二部分:VAE二次改性对其乳液性能的影响
第二部分主要针对VAE(Vinyl Acetate-Ethylene)乳液的二次改性。VAE是醋酸乙烯酯(VAc)和乙烯(Ethylene)单体共聚物的简称,是在加压乙烯存在下经自由基引发聚合而得,乙烯含量为5-30%,由于乙烯基在主链上的引入,使得VAE乳液具有内增塑性,从而在耐低温、表面性能、柔韧性以及耐碱性等方面表现出良好的性能,因此在粘合剂、卷烟行业、建筑建材、涂料、织物或无纺布加工以及纸张加工等领域具有广泛的应用前景。尤其是粘合剂,由于其无毒无害,是一种优良的环保型粘合剂。但是,VAE乳液在耐水性、耐热性以及储存稳定性等方面仍存在许多缺陷,难以满足特殊使用性能、特别是高档次印刷性能的要求。由于VAE的生产需要在高压下进行,因而除了在首次合成时的共聚改性外,更多的是要采用对已合成的VAE乳液的二次改性。而二次改性的难度远远高于常规的共聚改性。
本文分别采用互穿聚合物网络和种子乳液聚合的方法对VAE乳液进行改性。首先,以制备的齐聚物和OP-10作为乳化体系,合成出了VAE-BA-VAc半互穿聚合物。通过考察引发剂APS、交联单体DEGDA对半互穿聚合物合成过程的影响,确定了APS和DEGDA的最佳用量。用FT-IR、DSC、SEM以及OM等分析手段对VAE-BA-VAc半互穿聚合物进行了表征,验证了 VAE-BA-VAc半互穿聚合物网络结构的形成,相相容性好。
对VAE-BA-VAc半互穿聚合物的性能测试及其应用情况表明:同 VAE乳液、VAE-聚丙烯酸酯共混乳液以及与现有胶粘剂204C相比,VAE-BA-VAc半互穿聚合物在提高稳定性的同时,还大幅度地改善了其粘接性能和耐水性。
以VAE乳液为种子乳液,以制备的分散剂DI为分散体系,采用种子乳液聚合,合成出了核壳结构的VAE-BA-St乳液。通过考察反应温度、引发剂(APS)用量、核壳两相质量比以及壳层单体质量比等因素对核壳乳液聚合过程的影响,确定了最佳反应温度,APS的最佳用量,核壳两相质量比以及壳层单体质量比,使得核壳乳液具有最好的稳定性。用FT-IR、DSC、TEM以及激光粒度分析等方法对VAE-BA-st核壳乳液进行了表征,验证了 VAE-BA-St核壳乳液具有明显的核/壳两相结构,其平均粒径大约为216nm。
通过对VAE-BA-St核壳乳液性能测试及其应用情况发现:无论同VAE乳液还是现有胶粘剂产品204C相比,VAE-BA-St核壳乳液在提高稳定性的同时,其粘接性能、耐水性以及耐热性等方面的性能都有了很大的提高。而且发现VAE-BA-St核壳乳液的粘接性能和耐水性要好于VAE-BA-VAc半互穿聚合物。