1。2。2 细乳液聚合在复合粒子制备中的应用
与常规乳液聚合相比,细乳液聚合得到的粒子粒径更小(一般可达到50-500nm),且通过超声分散和高速剪切作用使颜料粒子均匀分散,减少了团聚现象,能被单体聚合物更好的包覆。此外,在制备复合粒子方面,细乳液聚合具有常规乳液聚合不可替代的特殊应用[2],最主要的是用来制备无机/聚合物杂化材料。
采用细乳液聚合方法,王钦清等[10]制备出以TiO2为核的核壳结构的TiO2/PS复合微球。该研究中,首先通过γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷对TiO2进行表面改性,改善其与聚苯乙烯的相容性。最终研究结果表明:随着超声时间的延长,分散液滴的粒径逐渐变小;最终制得的复合乳胶粒子的粒径也随乳化剂浓度的增大而减小;王等[10]还发现TiO2使用量过少会导致复合粒子粒径分布变宽,且出现双峰。
通过细乳液聚合法,庞久寅等[11]制备得到了纳米SiO2/丙烯酸酯复合高分子乳液。研究了硅溶胶量对于单体转化率和聚合物粒子粒径的影响,并用凝胶渗透色谱(GPC)、X射线光电子能谱仪(XRD)对产物进行表征。实验结果证实:相比于不含SiO2的纯丙烯酸酯高分子乳液,利用细乳液聚合法制得的复合乳液,其力学性能大大增强,聚合物的分子量增大,分布范围缩短。
1。3 原位乳液聚合法制备复合粒子
原位聚合,即在单体聚合过程中原地实现与中心颗粒复合的方法[4]。与细乳液聚合相似,原位乳液聚合先在乳液中均匀分散颜料粒子,再引发单体聚合。聚合完成后,乳胶液再经过破乳、洗涤和干燥,最终得到复合粒子产物。目前常使用该方法制备有机无机杂化纳米粒子,制备过程首先要对纳米粒子进行表面改性处理,如对二氧化硅实行表面偶联处理,以改善二氧化硅粒子与有机相的相容性,然后通过单体的原地聚合包覆二氧化硅粒子。本课题采用的颜料为有机颜料PY17,疏水性良好,故不需表面改性处理,可直接分散到乳液中进行聚合包覆。
1。3。1 原位乳液聚合的影响因素
(1)表面处理
亲水性的颜料颗粒,倾向于团聚在水相与油相的界面,不利于颜料在油相单体中的均匀分散。因此,常对颜料粒子进行表面疏水改性,以提高其在单体中的分散性和相容性[12]。众多研究证明[10][12][13][14],包覆无机纳米粒子时,当聚合单体较小、黏度较低时,表面改性后的无机纳米粒子更容易均匀分散,制备出的薄膜材料力学性能也更强。张良均等[14]采用原位乳液聚合法制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆二氧化硅(TiO2)复合粒子,在此研究中,利用PMMA与聚丙烯酸酯类聚合物相容性良好的特点,通过包覆PMMA对TiO2进行表面处理,最终制备的TiO2/PMMA用于丙烯酸涂料可获得良好的效果。
(2)超声时间和强度
与细乳液聚合法类似,在原位乳液聚合时,超声时间的长短直接影响粒子在体系中的分散程度。殷年伟等[15]通过超声分散处理纳米粒子后进行无皂乳液聚合,制备了丙烯酸丁酯/丙烯酰胺/纳米SiO2复合材料,研究表明:随着超声波强度的增大,辐照时间的延长和丙烯酰胺的含量的增加,单体的转化率和聚合速度均不断升高。
(3)球磨工艺
因为纳米粒子有高比表面积和高表面能,使得纳米粒子容易发生团聚而不易稳定分散于溶剂中,因此要使纳米粒子均匀分散在溶剂中,通常需要借助外力破坏粒子团聚状态[16]。目前常采用的分散方法除超声波分散法外还有球磨法,即借助球磨介质和分散剂使粒子分散均匀。众多研究[16][17]均表明分散剂可通过静电斥力和位阻效应增强乳胶液的稳定性,使纳米粒子保持分散状态而不发生团聚,且木质素磺酸钠类与萘磺酸类分散剂混合使用可显著降低颗粒尺寸,进一步提高分散液稳定性[17];同时,球磨介质的配比、大小等均对粒子粒径有影响;且在一定的范围内,随着球磨时间的延长,体系开始发生沉降的时间也越长,即乳液稳定性越来越好。文献综述