连续光聚合反应制备高性能高分子材料

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紫外光固化技术(UV固化技术)具有无惰性溶剂挥发,固化时间短,可低温固化等传统固化技术不可比拟的优点,被称为新一代绿色工艺,已广泛应用在涂料、油墨、粘合剂、印刷板材、电子工业、微细加工和快速成型等许多领域。紫外光固化技术和溶液聚合技术的结合成为一种互补的技术发展趋势,得到了较充分的发展。其生产工艺也由最初的传统静态光固化系统,逐渐向动态系统转变。动态系统具有散热快,光照均匀,反应完全等工艺优势。但是,目前的动态光固化技术仍不能满足当前工业化的大量需求,以及聚合物性能的可控、定性的要求。针对这一问题,本课题将分为两部分,在光聚合和传统聚合方法结合的基础上再次集成创新,首次使用一种新型工艺-连续光聚合技术来制备高性能的高分子材料,从而实现聚合物相对分子量和聚合物颗粒粒径的可控性。第一部分,连续光聚合反应制备分子量可控高分子。首先,通过红外谱图分析,确定了连续光聚合反应制备丙烯酸烷基酯均聚物的可行性;其次,通过正交实验,研究了反应体系中引发剂浓度、溶剂比例、流速、单体四个因素对聚合物分子量的影响,结果表明,引发剂浓度是对聚合物分子量影响最显著的因素;然后,在正交实验的基础上,研究了引发剂含量和良溶剂比例对于聚合物分子量的影响,发现聚合物分子量随着引发剂含量的增大而减小,随着良溶剂比例的升高而升高;根据单因素实验的规律和丙烯酸烷基酯性能结构的相似性,调节工艺因素,可将丙烯酸烷基酯均聚物的分子量分别控制在3000和5000左右;同时,也证明了连续光聚合技术分别合成丙烯酸甲酯(MA)和丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸(AA)聚合物的可行性;最后,通过静态光聚合的动力学分析,发现随着光照时间的延长,聚丙烯酸甲酯(PMA)分子量逐渐降低,与动态光聚合的相对比,体现了动态光聚合技术的优越性和对分子量的可控性。第二部分,连续光聚合反应制备交联聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球。首先,通过SEM电镜表征,证明了连续光聚合技术制备PMMA微球的可行性;其次,研究了光引发剂浓度、良溶剂比例、单体含量、交联剂含量和交联度对PMMA微球粒径的影响。结果表明,随着光引发剂浓度的增加,微球的粒径逐渐增大,分散性降低,比表面积减少,颗粒最小粒径可达到1.32μm;良溶剂的比例越大,微球的粒径越大,分散性越好,比表面积越小;体系中单体含量的增大,可以导致微球粒径的增大,但是分散性变差,比表面积变小;随着交联剂含量的增大和交联度的增加,微球粒径逐渐降低,以TM3颗粒的粒径最小,中值粒径可达到0.56μm;最后,通过对微球进行的循环实验和SEM分析,验证了微球成核生长理论。
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