Синтез дисперсий акриловых полимеров

Из литературных данных известно, что в качестве инициатора для эмульсионной полимеризации используют водорастворимые перекисные соединения - персульфаты калия или аммония, пероксид водорода. Обычно концентрация инициатора не превышает 3 % от массы мономера [31].

В данной работе, в качестве инициатора использовался персульфат аммония, в количестве 1 и 2 % от массы мономера.

В качестве эмульгаторов в эмульсионной полимеризации используются натриевые и калиевые соли жирных кислот, сульфаты с алкильными заместителями, алкил- и алкилбензолсульфонаты. Поскольку полимеризация протекает преимущественно в мицеллах, то эмульгатор вводят в количествах, превышающих критическую концентрацию мицеллообразования (ККМ) [31].

В качестве эмульгатора в данной работе использовалась натриевая соль алкилбензолсульфоновой кислоты - сульфонол.

Для определения концентрации сульфонола как эмульгатора была определена его критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) по изотерме поверхностного натяжения (Рис. 3.6). Поверхностное натяжение растворов ПАВ различной концентрации определяли методом отрыва кольца (метод ДюНуи).

Рисунок 3.6 – Изотерма поверхностного натяжения натрий алкилбензолсульфоната (сульфонола)

Из приведенных данных следует, что критическая концентрация мицеллообразования составляет 0,67 г/л.

Известно, размер частиц дисперсий при эмульсионной полимеризации зависит от количества эмульгатора [31].

В данной работе для получения устойчивых дисперсий с малым размером частиц была выбрана концентрация эмульгатора заведомо больше ККМ в связи с тем, что часть эмульгатора будет расходоваться на сорбцию на поверхности частиц диоксида титана.

При получении водных дисперсий полимеров концентрация мономера в исходной системе обычно составляет от 15 до 40 % [31].

В качестве мономера в данной работе использовался метилметакрилат, как наиболее дешевый и доступный из акриловых мономеров.

Концентрация метилметакрилата составляла 15 % от массы водной фазы, концентрация инициатора 1 % от массы мономера. Синтез полимерных дисперсий проводили при интенсивном перемешивании при температуре 65-70 °С в течение 6-7 часов.

У синтезированной дисперсии определяли размер частиц. Результаты дисперсионного анализа представлены на рисунке 3.7 (кривая 1).

В аналогичных условиях (температура, концентрация эмульгатора и инициатора) была синтезирована дисперсия с увеличенной до 30 % концентрацией мономера. Данные ее дисперсионного анализа представлены на рисунке 3.7 (кривая 2)

Рисунок 3.7 - Кривые численного распределения по размеру частиц синтезированных дисперсий: 1 – исходная концентрация метилметакрилата 15 %; 2 – исходная концентрация метилметакрилата 30 %

Как можно заметить, при концентрации мономера 15 % средний размер частиц дисперсии полиметилметакрилата составляет 20 нм, при концентрации 30 % - средний размер частиц 15 нм.

При этом увеличение концентрации мономера в системе приводит к заметному изменению в характере распределения, заметно снижая полидисперсность. В том и другом случае максимальный размер частиц не превышает 75 нм и условия синтеза позволяют получать полимерные дисперсий с наноразмерными-частицами.

У синтезированных дисперсий полиметилметакрилата были определены некоторые показатели, которые представлены в таблице 3.3

Таблица 3.3 – Характеристика дисперсий