丙烯酸酯的微波乳液聚合研究開題報(bào)告

1、百度文庫-讓每個人平等地提升自我長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)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(xué)院（系).化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院專業(yè)班級高材1041班學(xué)生姓名程文廣指導(dǎo)教師秦少雄輔導(dǎo)教師一秦少雄開題報(bào)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(xué)生:程文廣，長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院指導(dǎo)老師:秦少雄，長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院一、題目來源其它二、研究目的和意義微波技術(shù)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(yīng)用提供了一種新思路，它的應(yīng)用可大大降低反應(yīng)的時間與能耗，提高各種反應(yīng)的速率、收率和選擇性，已經(jīng)成為人們關(guān)注的熱

2、點(diǎn)。在沒有明顯熱效應(yīng)的情況下進(jìn)行聚合反應(yīng)，可以為有機(jī)反應(yīng)、聚合反應(yīng)、合成材料等多個領(lǐng)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(yīng)的影響。選擇甲基丙烯酸甲酯等的微波乳液聚合進(jìn)行研究， 考察各種操作參數(shù)對聚合物性能的影響，并與常規(guī)加熱聚合結(jié)果進(jìn)行比較，為進(jìn)一步探討微波輻射聚合機(jī)理作一些基礎(chǔ)探索工作。把微波用于生產(chǎn)，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(jìn)行研究，以求在聚合機(jī)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(xiàn)及資料名稱1、戈明亮.微波在聚合物科學(xué)中的應(yīng)用J.合成材料老化與應(yīng)用,20

3、04,33(2):37-40,482、張旺璽.微波在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用J.合成技術(shù)及應(yīng)用，2004,19(3):25-273、薛長國，滕艷華，李青山.微波輻射在聚合反應(yīng)中研究新進(jìn)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(xué)位論文,20035、陳立軍.丙烯酸酯類聚合物乳液制備及其相關(guān)應(yīng)用的研究D.博士學(xué)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(xué)學(xué)報(bào)，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(xué)報(bào), 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(chǎn)物結(jié)構(gòu)J.高分子材料科學(xué)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(zhuǎn)移自由基聚合D.碩士學(xué)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(zhuǎn)移自由基聚合M. 博士學(xué)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(jī)納米粒子復(fù)合的研究D.博士學(xué)位論文，200112、王春鵬.聚氨酯一丙烯酸酯復(fù)合乳液制備及結(jié)構(gòu)與性能的研究D.博士學(xué)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(fù)合及其對PVC改性的研究M.博士學(xué)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(xué)位論文，200115、朱一玉.乳液合成工藝研究綜述 _摘要J.精細(xì)化工,1988,(5):5416、陳杰，易昌風(fēng)，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(yīng)用化學(xué)，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(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2002 ,24 (2):147-15018、魯?shù)缕剑瑮钍婪?，李德清?

6、微波技術(shù)及其在乳液聚合中的應(yīng)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(xué)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(xì)聚甲基丙烯酸甲酯微球J.功能高分子學(xué)報(bào)，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(xué)，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(yīng)用研究D.博士學(xué)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(xué)學(xué) 報(bào),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(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀微波技術(shù)是近年來迅速發(fā)展與應(yīng)用的一門新興的前沿交叉技術(shù)。微波用于合成化學(xué)開始于1986年，加拿大勞倫丁大學(xué)的R . Gedy等人報(bào)道了他們將微波應(yīng)用于苯甲酸和醇的酯化反應(yīng)。美國喬治亞大學(xué)的Giguere等人利用微波進(jìn)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(yīng)，速度都有顯著的提高。在有機(jī)合成中，微波技術(shù)得到了大量應(yīng)用。微波在無機(jī)固相反應(yīng)方面也得到廣泛應(yīng)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(jìn)展。微波是頻率為 109-1011 Hz的電磁波，該頻率與化

11、學(xué)基團(tuán)的旋轉(zhuǎn)振動頻率接近， 故可用以改變分子的構(gòu)象、選擇性地活化某些反應(yīng)基團(tuán)、 促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)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(yīng)速度快，運(yùn)行孔用低，防護(hù)簡便，具有操作簡單、清潔、高效、安全等 特點(diǎn)。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(lǐng)域?，F(xiàn)在微波加熱廣泛的應(yīng)用在化工反應(yīng)和一定范圍的聚合反應(yīng)中。其作為實(shí)現(xiàn)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(lǐng)域中，目前的傳統(tǒng)加熱方式聚合反應(yīng)工藝成熟，但時間長，耗能大。隨著微波輻射加熱技術(shù)在聚合反應(yīng)中的應(yīng)用，它能加速聚合

12、 反應(yīng)，提高反應(yīng)產(chǎn)率，給聚合反應(yīng)研究提供了新的思維方法。微波輻射加熱不僅應(yīng)用于傳統(tǒng)高分了的合成領(lǐng)域，近年來的研究己經(jīng)擴(kuò)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(jī)理和反應(yīng)動力學(xué)等新的領(lǐng)域。 五、主要研究內(nèi)容、需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題（一）研究的主要內(nèi)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(biāo)微波乳液聚合的實(shí)施方法的探討。（三）預(yù)期成果形式穩(wěn)定的乳液；轉(zhuǎn)化率曲線；過硫酸鉀分解速率常數(shù)。（四）關(guān)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(yīng)的轉(zhuǎn)化率，聚合物粒子用TEM、CNMR、GPC、DSC等方法進(jìn)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(shí)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(yīng)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(shù)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(nèi)部產(chǎn)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(zhì)，微波主要通過極化機(jī)制和離子傳導(dǎo)機(jī)制作用進(jìn)百度文庫-讓每個人平等地提升自我行加熱。物質(zhì)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(zhì)的微波場頻率不同，物質(zhì)所吸收的功率也不一樣。物質(zhì)在微波場中所產(chǎn)生的熱量大小與物 質(zhì)種類及其介電特性有很大關(guān)系，即微波對物質(zhì)具有選擇性加熱的特性。反應(yīng)物、溶劑、過渡態(tài)、目標(biāo)物結(jié)構(gòu)及其形態(tài)都可能通過介電常數(shù)的變化影響微波聚合反應(yīng)。微波作用與功率、頻率、加熱介質(zhì)的

15、介電性能緊密相聯(lián)。微波加熱條件下的化學(xué)反應(yīng)具有如下基本特點(diǎn)：強(qiáng)活化、溫轉(zhuǎn)化、反應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)化率高、選擇性高等。2、微波聚合技術(shù)的理論基礎(chǔ)微波技術(shù)用于乳液聚合實(shí)質(zhì)是利用微波的加熱效應(yīng)，而微波加熱的實(shí)質(zhì)在于材料的介電位移或材料內(nèi)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(dāng)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(nèi)部介質(zhì)的極化而產(chǎn)生的極化強(qiáng)度矢量滯后于電場一個角度，導(dǎo)致與電場相同的電流產(chǎn)生，構(gòu)成了乳液體系內(nèi)部的功率耗散， 從而將微波能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。在一固定電場?qiáng)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(qiáng)度的平方成正比，其表達(dá)式為：產(chǎn)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(shù)，f為頻率，單位是Hz, E為電場強(qiáng)度，單位是V/ cm , e為介電常數(shù)，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(shù)"，由方程可知，在頻率和電場強(qiáng)度不變的情況下，熱效應(yīng)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(shù)。乳液體系吸收的微波能可通 過改變電場強(qiáng)度或乳液體系的介電性質(zhì)來控制，但大部分材料的介電損耗因數(shù)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(shù)進(jìn)行加工，這說明微波乳液聚合的技術(shù)方法是可行的。（二）微波設(shè)備由于微波乳液聚合還處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，因此其相應(yīng)的設(shè)備體積小，比較簡單。在實(shí)驗(yàn)室最常見的是商品化的多模式微波爐，它是一種多波設(shè)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(shè)備難以得到性能均勻的聚合物乳液產(chǎn)品。近年來， 徐嘻等人，對現(xiàn)有微波爐加以改造使得微波功率可連續(xù)調(diào)節(jié)，整個微波輻照過程及監(jiān)測、記錄等由計(jì)算機(jī)控制等可用于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行乳液聚合。（三）本課題實(shí)驗(yàn)A實(shí)驗(yàn)基本操作及對比實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)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(shù)字圖 象分析，根據(jù)粒徑統(tǒng)計(jì)含義的分析，計(jì)算粒了粒徑分布參數(shù)：數(shù)均粒徑Dn、粒徑分散系數(shù)e、重均粒徑Dw,及單分散性指數(shù) U。液體表面張力用 KRuSS公司的K10ST數(shù)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(jù)下式計(jì)算粘均分子量。玻璃化溫度用 PERKIN-ELMER DSC

19、-7在氮?dú)獗Ｗo(hù)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(shù)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(diào)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(jì)算出分解速率常數(shù) K d。其中I 0和I t分別為反應(yīng)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(yīng)瓶中，攪拌，通氮，恒溫，體系達(dá)到預(yù)定溫度后，加入預(yù)先溶于10ml水的KPS溶液。在一定的脈沖功率（實(shí)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(jié)束后，將反應(yīng)物倒入大量的甲醇中，析出聚合物，經(jīng)抽濾，洗滌，烘至恒重。稱重，計(jì)算聚合 轉(zhuǎn)化率。D常規(guī)加熱乳液聚合在1