分散劑對(duì)懸浮聚合法制備PMMA 微球的影響*

張洪艷,王海泉

(濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)

分散劑對(duì)懸浮聚合法制備PMMA 微球的影響*

張洪艷,王海泉

(濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)

選用甲基丙烯酸甲酯(MMA)為單體,采用懸浮聚合法制備聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球,研究了不同分散劑對(duì)聚合反應(yīng)的影響,并采用光學(xué)顯微鏡對(duì)微球形態(tài)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,懸浮聚合體系中,不同的分散劑影響了PMMA微粒的分散。本實(shí)驗(yàn)選用的分散劑在分散效果上遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于聚乙烯醇(PVA)分散劑。

聚甲基苯烯酸甲酯;分散劑;懸浮聚合

聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,PMM A)是丙烯酸酯類中最重要也是最常用的材料之一。它是由甲基丙烯酸甲酯加聚而成的一種高聚物。由于制備方式不同,其所具有的性質(zhì)也有一定差別。PMMA因?yàn)樾阅軆?yōu)良,用途廣泛,已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中得到廣泛應(yīng)用的塑料產(chǎn)品之一。

根據(jù)不同制備方式以及外觀形態(tài),PMMA可分為三類:第一類統(tǒng)稱為塊狀聚合物(商業(yè)名稱為有機(jī)玻璃),采用本體聚合法制成的;第二類統(tǒng)稱為粒狀聚合物,主要采用懸浮聚合法制成的;第三類是有PMMA的液體產(chǎn)品,包括乳液和溶液兩種。目前,多功能、高性能聚合物微球的合成及應(yīng)用己成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者致力研究的熱點(diǎn)之一。但對(duì)于PMMA微球來說,如何在聚合過程中更好的分散,成為懸浮聚合過程亟待解決的問題。

本文就懸浮聚合法制備PMMA微球[1-4],不同分散劑在制備過程中的所起的分散作用進(jìn)行研究。通過對(duì)分散劑的選擇,探討不同分散劑在聚合過程中的優(yōu)劣,優(yōu)化工藝,制備所需的PMM A微球。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

甲基丙烯酸甲酯,工業(yè)級(jí);去離子水,自制;聚乙烯醇(PVA),工業(yè)級(jí);過氧化苯甲酰(BPO),工業(yè)級(jí);氫氧化鈉,分析純;2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸,工業(yè)級(jí);過硫酸鉀,化學(xué)純;焦亞硫酸鈉,化學(xué)純;亞硝酸鈉,分析純;十二醇,化學(xué)純。

1.2 分散劑的制備

把一定量的NaOH加入到一定量的去離子水中,攪拌直至NaOH完全溶解,然后加入一定量的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AM PS),調(diào)節(jié)體系的p H在7-8之間,然后通入氮?dú)庵脫Q掉反應(yīng)容器中的空氣,并加熱到50℃。加入一定量的過硫酸鉀和焦亞硫酸鈉,反應(yīng)1 h后,加入一定量的去離子水稀釋反應(yīng)產(chǎn)物后得到分散劑。

1.3 懸浮聚合法制備PMMA微球

把一定量的分散劑和去離子水混合后,通入氮?dú)?加熱至40℃,攪拌至分散劑完全溶解,然后加入單體混合物(一定量的MMA單體和引發(fā)劑),然后把體系的溫度升高到76-78℃,反應(yīng)4 h后,把體系的溫度升高到90℃,再反應(yīng)1 h。然后降至室溫,靜置一段時(shí)間,倒掉上層液體,用水洗滌產(chǎn)物以除去微球表面的分散劑,然后抽濾、干燥,得到PMM A微球。

1.4 PMMA微球的表征

選取不同分散劑制備的PMMA微球,通過光學(xué)顯微鏡觀察其粒子形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 懸浮聚合分散劑的選擇

懸浮聚合要解決的首要問題是防止粘釜現(xiàn)象的發(fā)生。分散劑的使用,可以防止聚合過程中聚合物粒子的粘結(jié),從而使懸浮聚合在技術(shù)和應(yīng)用上取得了重大的進(jìn)展。

分散劑的主要作用:一是降低表面張力,幫助單體分散成液滴;二是保護(hù)、防止粒子粘并。因?yàn)榫酆线M(jìn)行到一定轉(zhuǎn)化率(如20%-30%),單體變成聚合物/單體溶液粒子,有粘結(jié)趨向。分散劑吸附在粒子表面,就起到防粘聚并的作用。

本實(shí)驗(yàn)采用兩種分散劑,一種是水溶性有機(jī)高分子聚乙烯醇(PVA)作為分散劑,一種是自制分散劑。

2.2 不同分散劑的影響

在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),用PVA做分散劑,制備的微球容易粘連,并且表面不光滑,有很多小球附著,如圖1所示;而用自制的分散劑制備的微球,表面非常光滑,并且PMMA顆粒形成比較均勻,如圖2所示。由此可見,本實(shí)驗(yàn)用PVA做分散劑不合適,使用自制的分散劑來制備PMMA微球。

圖2 自制分散劑制備的PMMA微球

圖1 P VA為分散劑制備的PMMA微球

在實(shí)驗(yàn)過程中,為了使PMMA液滴穩(wěn)定,在PMM A單體內(nèi)加入了一定量的十二醇作為助表面活性劑,以增強(qiáng)油相的疏水性并防止PMMA單體向水相擴(kuò)散并維持PMMA液滴的穩(wěn)定性。由于少量的單體和引發(fā)劑溶解于水,因此在水相中二次成核,同時(shí)發(fā)生乳液聚合,導(dǎo)致出現(xiàn)一些細(xì)小的顆粒。所以,在水相中加入少量的亞硝酸鈉作為阻聚劑來防止二次成核。

3 結(jié)論

研究了懸浮聚合法制備PMMA微球的不同懸浮分散劑的影響,詳細(xì)分析了分散劑和反應(yīng)條件對(duì)聚合反應(yīng)的影響,并最終探索出合適的配方來制備表面光滑、窄尺寸分布的PMMA微球。

[1]潘祖仁.懸浮聚合[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1997.

[2]Trommsdorff E,Schildknecht C E.Polymerization process[M].New York:Wiley,1956.

[3]M unzer M,Trommsdorff E.Polymerization process[M].New Yo rk:W iley,1977.

[4]馬光輝,蘇志國(guó).高分子微球材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

(責(zé)任編輯:梁足培)

TQ316.3

A

1671-4288(2010)04-0103-02

2010-01-07

張洪艷(1982-),女,山東齊河人,濰坊學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院助教,碩士。研究方向:高分子化學(xué)。