丙烯酸酯的微波乳液聚合研究開題報告

1、百度文庫-讓每個人平等地提升自我長江大學畢業(yè)設計（論文）開題報告題目名稱丙烯酸酯的微波乳液聚合研究題目類別畢業(yè)論文學院（系).化學與環(huán)境工程學院專業(yè)班級高材1041班學生姓名程文廣指導教師秦少雄輔導教師一秦少雄開題報告日期2008年3月30日丙烯酸酯的微波乳液聚合研究百度文庫-讓每個人平等地提升自我學生:程文廣，長江大學化學與環(huán)境工程學院指導老師:秦少雄，長江大學化學與環(huán)境工程學院一、題目來源其它二、研究目的和意義微波技術是一種不同于常規(guī)加熱方式的新型高效的加熱方式，它為高分子合成及應用提供了一種新思路，它的應用可大大降低反應的時間與能耗，提高各種反應的速率、收率和選擇性，已經成為人們關注的熱

2、點。在沒有明顯熱效應的情況下進行聚合反應，可以為有機反應、聚合反應、合成材料等多個領域的研究探索較好的手段?？疾煸诟呙}沖功率而微波能量比家用微波爐低得多的微波輻 射條件下，微波輻射對聚合反應的影響。選擇甲基丙烯酸甲酯等的微波乳液聚合進行研究， 考察各種操作參數對聚合物性能的影響，并與常規(guī)加熱聚合結果進行比較，為進一步探討微波輻射聚合機理作一些基礎探索工作。把微波用于生產，清潔衛(wèi)生，效率高，又能節(jié)約能源。本課題通過對甲基丙烯酸甲酯的 微波乳液聚合進行研究，以求在聚合機理和影響因素等方面做一些初步探索。三、閱讀的主要參考文獻及資料名稱1、戈明亮.微波在聚合物科學中的應用J.合成材料老化與應用,20

3、04,33(2):37-40,482、張旺璽.微波在化學反應中的應用J.合成技術及應用，2004,19(3):25-273、薛長國，滕艷華，李青山.微波輻射在聚合反應中研究新進展 J.化工日刊，2005,19(11):47-49 4、黃梅芳.N- (n 一丁氧?；?乙基馬來酰亞胺微乳液的微波聚合和熱聚合的研究與表征D.碩士學位論文,20035、陳立軍.丙烯酸酯類聚合物乳液制備及其相關應用的研究D.博士學位論文,2006:6、張金生，代孟元，李麗華等.單模聚焦微波輻射合成丙烯酸系高吸油樹脂J.遼寧石油化工大學學報，2006, 26(4):79-827、何衛(wèi)東，潘才元，盧濤.甲基丙烯酸丁酯微波無皂

4、乳液聚合J.功能高分子學報, 1999,Vol.12:11-148、包建軍，張愛民.甲基丙烯酸甲酯的微波聚合特性和產物結構J.高分子材料科學與工程，2002, 18(2):78-81,859、李旭.甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯在微波輻射和常規(guī)加熱條件下的原子轉移自由基聚合D.碩士學位論文,200410、程振平.甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯在微波輻射和常規(guī)加熱作用下的原子轉移自由基聚合M. 博士學位論文,200311、廖勇勤.甲基丙烯酸甲酯乳液和微乳液超聲輻照引發(fā)聚合以及與無機納米粒子復合的研究D.博士學位論文，200112、王春鵬.聚氨酯一丙烯酸酯復合乳液制備及結構與性能的研究D.博士學位論文,2003百

5、度文庫-讓每個人平等地提升自我13、袁金鳳.聚丙烯酸酯類納米微粒與乙烯基單體接枝共聚復合及其對PVC改性的研究M.博士學位論文,200714、陳健英.脈沖微波輻射苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯乳液聚合D.碩士學位論文，200115、朱一玉.乳液合成工藝研究綜述 _摘要J.精細化工,1988,(5):5416、陳杰，易昌風，徐祖順.微波輻射無皂乳液聚合制備聚氧基丙烯酸正丁酯微球J.應用化學，2007,24(8):929-93217、史良偉，王洪林.微波輻照下壓力對合成苯乙烯_甲基丙烯酸甲酯納米乳液的影響J.云南大學學報(自然科學版)2002 ,24 (2):147-15018、魯德平，楊世芳，李德清等.

6、微波技術及其在乳液聚合中的應用J.膠體與聚合物，2002,20(1):41,42,4419、包建軍，張愛民.微波聚合 PMMA 立體規(guī)整性的光譜研究J.高分子材料科學與工程 ，2002,18(5):73-7620、包建軍，張愛民.微波聚合制備單分散超細聚甲基丙烯酸甲酯微球J.功能高分子學報，2003,Vol. 16:59-6421、吳正翠，邵名望，宇海銀等.微波種子乳液聚合制備多孔乳膠粒J.合成化學，2003,Vol.11:437-43922、秦少雄.纖維素醛穩(wěn)定的聚丙烯酸酯類乳液合成及其性能與應用研究D.博士學位論文,200623 、 Gourdenne,A.Polymerization u

7、nder microwaves:fifteen years of experienceJ.CeramTrans 1997,80:425-43624 、 Palacios J,Valverde C.Microwave initiated emulsion polymerization of styrene:reactionconditionsJ.New Polym Mater 1996,5(1),93-10125 、 Murray M,Charlesworth D,Swires L,et al.Microwave synthesis of the colloidal poly(N-isoprop

8、ylacrylamide)microgel systemJ.J Chem Soc Faraday Trans 1994,90(13),1999-200026、張文敏，唐業(yè)倉，張洪濤等.微波合成均分散膠體高分子微球J.物理化學學 報,1996,12(10):943-94527 、 ZhangWeimin,Gao Jun,WuChi.Microwave preparation of narrowlydistributedsurfactant-freestablepolystyrene nanospheresJ.Macromolecules 1997,30:6388-639028、Ma J,Huan

9、gX,Cheng H,Zhao Z,QiL.Preparationof nanosized ZnSparticles inwater/oilemulsions by microwave heatingJ.J Mater Sci Lett 1996,15(14),1247-124829、 Chen Show An,Chang Herng Show.Kinetics and mechanism of emulsifier-free emulsionpolymerization:styrene/surface active ionic comonomer systemJ.J Polym Sci Po

10、lym ChemEd 1985,23:2615-2630 四、國內外發(fā)展現狀微波技術是近年來迅速發(fā)展與應用的一門新興的前沿交叉技術。微波用于合成化學開始于1986年，加拿大勞倫丁大學的R . Gedy等人報道了他們將微波應用于苯甲酸和醇的酯化反應。美國喬治亞大學的Giguere等人利用微波進行了K與馬來酸二甲酯的Diels-Alder環(huán)加3百度文庫-讓每個人平等地提升自我成反應，速度都有顯著的提高。在有機合成中，微波技術得到了大量應用。微波在無機固相反應方面也得到廣泛應用，此外微波在采油、煉油、冶金、環(huán)境污染治理等方面也取得了很大的進展。微波是頻率為 109-1011 Hz的電磁波，該頻率與化

11、學基團的旋轉振動頻率接近， 故可用以改變分子的構象、選擇性地活化某些反應基團、 促進化學反應和聚合物的合成。 與 紫外線、X射線、r射線和電子束等高能輻射相比，微波對高分子材料的作用深度大，對大 分子鏈無損傷，反應速度快，運行孔用低，防護簡便，具有操作簡單、清潔、高效、安全等 特點。微波與無線電波、紅外線、可見光一樣都是電磁波，發(fā)明之初主要用于通訊、廣播電視等領域?，F在微波加熱廣泛的應用在化工反應和一定范圍的聚合反應中。其作為實現綠色化工的手段之一而受到人們的廣泛重視。在高分了合成領域中，目前的傳統(tǒng)加熱方式聚合反應工藝成熟，但時間長，耗能大。隨著微波輻射加熱技術在聚合反應中的應用，它能加速聚合

12、 反應，提高反應產率，給聚合反應研究提供了新的思維方法。微波輻射加熱不僅應用于傳統(tǒng)高分了的合成領域，近年來的研究己經擴展到天然高分 了材料的改性，微波作用下單分散聚合物微球的制備，聚合機理和反應動力學等新的領域。 五、主要研究內容、需要重點研究的關鍵問題（一）研究的主要內容甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸和丙烯酸丁酯的微波乳液聚合；甲基丙烯酸甲酯、甲基 丙烯酸和丙烯酸丁酯的配比 ，引發(fā)劑的用量，乳化劑的濃度，微波加熱的時間對微波乳液 聚合的影響。（二）課題的研究目標微波乳液聚合的實施方法的探討。（三）預期成果形式穩(wěn)定的乳液；轉化率曲線；過硫酸鉀分解速率常數。（四）關鍵問題本課題主要研究在微波輻照條件

13、下，采用乳液聚合方法合成丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的三元共聚乳液。用稱重法測量聚合反應的轉化率，聚合物粒子用TEM、CNMR、GPC、DSC等方法進行了表征。通過對乳液聚合中單體用量、引發(fā)劑 的用量、單體滴加速度、乳化劑的濃度和溫度等因素的控制得到穩(wěn)定的乳液和乳膠粒子。 主要考察以上因素聚合和乳液性能的影響，探討聚合實施和制備穩(wěn)定的乳液的最佳條 件。（1）研究微波乳液聚合，可參考傳統(tǒng)乳液聚合。（2）考慮聚合體系的反應溫度、 單體配比及滴加速率、 乳化劑和助劑類型與用量等對 乳液的性能的影響。掌握微波加熱中溫度的恒定。六、研究方法與技術路線（一）研究方法原理1、微波的加熱原理與傳統(tǒng)加

14、熱方式完全不同，在微波加熱過積中，熱從材料內部產生而不是從外部因溫 度梯度的差異而吸收熱源。對于凝聚態(tài)物質，微波主要通過極化機制和離子傳導機制作用進百度文庫-讓每個人平等地提升自我行加熱。物質總的極化程度通常是電子極化、原子極化、偶極極化和界面極化這四種極化作用之和，其中偶極極化和界面極化對微波的介電加熱發(fā)揮最主要的作用。同時，由于不同物質的微波場頻率不同，物質所吸收的功率也不一樣。物質在微波場中所產生的熱量大小與物 質種類及其介電特性有很大關系，即微波對物質具有選擇性加熱的特性。反應物、溶劑、過渡態(tài)、目標物結構及其形態(tài)都可能通過介電常數的變化影響微波聚合反應。微波作用與功率、頻率、加熱介質的

15、介電性能緊密相聯。微波加熱條件下的化學反應具有如下基本特點：強活化、溫轉化、反應速度快、轉化率高、選擇性高等。2、微波聚合技術的理論基礎微波技術用于乳液聚合實質是利用微波的加熱效應，而微波加熱的實質在于材料的介電位移或材料內部不同電荷的極化以及這種極化不具備迅速跟上交變電場的能力，當單體、乳化劑以及水（極性溶劑）等在微波的輻照下，由于乳液體系內部介質的極化而產生的極化強度矢量滯后于電場一個角度，導致與電場相同的電流產生，構成了乳液體系內部的功率耗散， 從而將微波能轉變?yōu)闊崮?。在一固定電場強度的電磁場中，乳液體系吸收的微波能與電磁輻射的頻率、材料的介電損耗及電場強度的平方成正比，其表達式為：產三

16、號EVtan 8式中P為單位體積材料吸收的微波功率，單位是W/cm 3, K為等于55,61 10 14的常數，f為頻率，單位是Hz, E為電場強度，單位是V/ cm , e為介電常數，tan 8為介電損耗角正切。 e和tan 8取決于電磁場頻率及樣品溫度，其乘積定義為介電損耗因數"，由方程可知，在頻率和電場強度不變的情況下，熱效應決定于介電損耗角正切。該乘積定義為介電損耗因素So F隨溫度而變化，因此乳液體系的介電行為是溫度的函數。乳液體系吸收的微波能可通 過改變電場強度或乳液體系的介電性質來控制，但大部分材料的介電損耗因數很小，使得微波通常透過材料而不耗散，不過，對聚氯乙烯、聚氨

17、酯、環(huán)氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚 氟乙烯等，它們在微波輻照下介電損耗角正切值大，可以用微波技術進行加工，這說明微波乳液聚合的技術方法是可行的。（二）微波設備由于微波乳液聚合還處在實驗室研究階段，因此其相應的設備體積小，比較簡單。在實驗室最常見的是商品化的多模式微波爐，它是一種多波設備，在這種微波爐中控制溫度和獲得所需的加熱曲線非常困難，使用這種設備難以得到性能均勻的聚合物乳液產品。近年來， 徐嘻等人，對現有微波爐加以改造使得微波功率可連續(xù)調節(jié)，整個微波輻照過程及監(jiān)測、記錄等由計算機控制等可用于實驗室進行乳液聚合。（三）本課題實驗A實驗基本操作及對比實驗轉化率曲線用重量法測定。KPS分解速率曲

18、線用碘量法測定。聚合物乳液用磷鴇酸鹽染色后，用JEM CX-100型透射電了顯微鏡 觀察粒了的形狀和分布。 對TEM照片做數字圖 象分析，根據粒徑統(tǒng)計含義的分析，計算粒了粒徑分布參數：數均粒徑Dn、粒徑分散系數e、重均粒徑Dw,及單分散性指數 U。液體表面張力用 KRuSS公司的K10ST數字式表面張力儀 測定。百度文庫-讓每個人平等地提升自我聚合物表征：分子量和分子量分布用 Waters公司150-C型GPC儀測定，流動相為四氫吠 喃，柱溫為30 Co聚甲基丙烯酸甲酷的特性粘度在25±5C下，以丙酮為溶劑測定，并根據下式計算粘均分子量。玻璃化溫度用 PERKIN-ELMER DSC

19、-7在氮氣保護下測定，升溫速度20.00C/ min。核磁共振用 INOVA400MHz NMR儀，以CDCl3為溶劑，測13 CNMR定量。（紅字涉及儀器視具體情況而定 ） B微波輻射下過硫酸鉀分解速率常數的測定將一定量的過硫酸鉀（KPS）溶解于25m1去離子水中，配成 KPS溶液，另將50ml去離 子水加到100m1帶恒溫夾套的自制的圓底燒瓶中，攪拌、通氮、恒溫至68C,加入引發(fā)劑溶液，調節(jié)微波功率為 20KW,占空比為0.01%,維持溫度在68.5 ± 1C,每隔20分鐘取10ml 溶液，用碘量法測定溶液中殘留KPS濃度，由式In計算出分解速率常數 K d。其中I 0和I t分別為反應開始和t時刻KPS的濃度。 C微波輻射乳液聚合將10ml單體，20m1去離子水和0.3克十二烷基磺酸鈉加到自制的反應瓶中，攪拌，通氮，恒溫，體系達到預定溫度后，加入預先溶于10ml水的KPS溶液。在一定的脈沖功率（實際輻射功率等于正向功率與反向功率之差）和占空比下，脈沖微波輻射一定時間。聚合結束后，將反應物倒入大量的甲醇中，析出聚合物，經抽濾，洗滌，烘至恒重。稱重，計算聚合 轉化率。D常規(guī)加熱乳液聚合在1