日记名称:多学科研究与评论杂志
文章类型:研究
收到日期:2019年8月30日,
接受日期:2019年9月02
发布日期:09年9月,2019年
引文:Ji-Hoo K,Hyun-Tae S,Kyoung-Deok K,Myeong-Woo K,Hae-Na Y(2019)引发剂对热膨胀性微球的热膨胀性能的影响。J Multidis Res Rev Vol:1,ISSU:2(07-12)。
版权:©2019 JI-HOO K.这是根据创意公约归因许可的条款分发的开放式文章,该文章在任何媒体中允许不受限制的使用,分发和再现,所以提供了原始作者和来源。
介绍
将可热膨胀的微球(TEM)用引发剂如过硫酸钾,亚硫酸氢钠和硫化钠进行后处理,以改善含有可热膨胀微球的聚氯乙烯溶胶发泡中的泡沫膨胀比和白度。在用过硫酸钾后处理后的发泡行为没有显着差异。然而,在用亚硫酸氢钠后处理后,获得了泡沫膨胀比,白度和黄变值的良好结果。在用2%w / w亚硫酸氢钠的后处理后获得最佳结果。因此,由于其优异的泡沫膨胀和白度特性,用2%w / w亚硫酸氢钠钠亚硫酸氢钠施用的温度可应用于涂层和壁纸生产。
关键字
过硫酸钾,亚硫酸氢钠,可热膨胀的微球,后处理。
介绍
将可热膨胀的微球(TEM)用引发剂如过硫酸钾,亚硫酸氢钠和硫化钠进行后处理,以改善含有可热膨胀微球的聚氯乙烯溶胶发泡中的泡沫膨胀比和白度。在用过硫酸钾后处理后的发泡行为没有显着差异。然而,在用亚硫酸氢钠后处理后,获得了泡沫膨胀比,白度和黄变值的良好结果。在用2%w / w亚硫酸氢钠的后处理后获得最佳结果。因此,由于其优异的泡沫膨胀和白度特性,用2%w / w亚硫酸氢钠钠亚硫酸氢钠施用的温度可应用于涂层和壁纸生产。
关键字
过硫酸钾,亚硫酸氢钠,可热膨胀的微球,后处理。
介绍
可热膨胀的微球(TEM)是一种聚合物颗粒,其平均粒度为约5-50μm。它具有核壳结构,其中液体烃包裹在3-7μm厚度的细胞中[1]。这些TEM中包含的膨胀剂通常是碳氢化合物,例如异丁烷或异戊烷。它们具有比TEM的外部聚合物的软化温度更低的沸点。它们也具有更高的蒸气压。出于这些原因,当温度加热时,其体积与在膨胀之前的膨胀相比下降了50-100倍。[2-4]。由于这些属性,在各种领域中应用TEM。它们通常用于创造具有定制材料性质的轻量级产品,例如质量减少,散装增加和改善的弹性。此外,在印刷油墨中添加可热膨胀的微球使得能够为壁纸,纺织品和印刷点进行三维纹理[1]。
丙烯腈、甲基丙烯腈等腈类单体由于其优异的气体阻隔性能,常被用作tem的芯体单体。然而,由于单体在聚合反应中并没有完全转化为聚合物,因此在聚合物[6]中仍然存在少量未反应单体。聚合后残留在聚合物表面的未反应单体,可能会导致聚合物的物理性能恶化,并因氧化而改变聚合物的颜色。因此,在需要高度白度的应用中,TEMs的使用受到限制。针对这一缺陷,提出了多种方法去除聚合物[7]中残留的单体。在丙烯腈共聚物的合成中,通过提高聚合温度降低丙烯腈的用量来提高转化率。但由于tem[8]中存在膨胀剂,难以提高聚合温度。此外,用溶出法去除聚合物中残留的单体,但由于其膨胀[9],在tem中应用困难。在吸附剂去除水中残留丙烯腈的研究中,发现吸附剂去除水中残留丙烯腈是有效的。然而,对存在于聚合物表面的丙烯腈的去除效果不佳。
对后聚合法去除残留单体进行了研究。然而,这种方法在提高聚氯乙烯的白度和降低发黄值的同时,保持相同或更高的泡沫膨胀率,并没有取得成功。因此,该方法难以应用于墙纸和涂料生产等工业环境中。研究了引发剂的种类和含量对提高后聚合白度和降低黄变值的影响。
材料和方法
可热膨胀微球的合成
如图1所示,通过混合离子交换的水(228g),氯化钠(72g,GR级,Junsei Chemical Co.,Tokyo,制备所述热膨胀微球(TEM)的合成进行了含水分散混合物制备日本),胶体二氧化硅(15G,SS-SOL 30A,POC,ANSAN,韩国),聚乙烯吡咯烷酮(1 G,K-30,Samchun Chemicals Co.,Seoul,Korea)和10%亚硝酸钠水溶液(0.7g,GR级,三春化学品。公司,首尔,韩国)。通过混合丙烯腈(30g,EP等级,Junsei Chemical Co.,Tokyo,Japan),甲基丙烯酸甲酯(12G,GR级,Junsei Chemical Co.,Timshol丙烷三甲酸三甲基丙烯酸甲酯(0.15g,技术等级,Sigma-Aldrich,Inc。,圣路易斯,莫,美国),异戊烷(16G)和氮杂双菜(氮杂异种丁腈(0.5G,GR级,三春化工有限公司,首尔,韩国)。此后,混合水分散混合物和油相混合物。通过在1000rpm下使用均化器10分钟来制备所得悬浮液。在压力反应器(1L)中悬浮液中的氮气取代后,在60℃的聚合温度下在60℃的聚合温度下进行16小时,同时在400rpm下搅拌,初始反应压力为0.2MPa。通过过滤和干燥聚合产物获得温度。
图1:可热膨胀微球的制备方法。
使用热膨胀分析仪(TMA Q400, TA Instruments, New Castle, DE, USA)在50 - 250ºC范围内以10ºC/min的速率测量获得的tem的热膨胀性能。测量的性能分别是膨胀起始温度(Tstart)、最大膨胀温度(Tmax)和最大膨胀水平(Dmax)。用扫描电子显微镜(SEM AIS2300C, Seron Technologies Co., Uiwang, Korea)和光学显微镜(E200LED, Nikon Instruments Inc., Melville, NY, USA)对合成的微球的表面进行拍照。用粒度分析仪(Mastersizer 2000, Malvern Instruments Ltd., England)测量合成微球的平均粒径(D50)。
后聚合
在聚合热膨胀的微球后,加入诸如过硫酸钾,双硫酸钠和亚硫酸钠等引发剂。这些在密封容器中以70℃反应5小时。反应后,过滤产物并干燥,得到后处理后的热膨胀微球。
PVC Sol发泡试验
通过混合PVC(100g,LP170,Lg Chem。,邻苯二甲酸二辛酯(60g,Sigma-Aldrich),重碳酸钙(40g,sigma-Aldrich)和用于制备用于发泡试验的聚氯乙烯(PVC)溶胶BZ810P-5(1G,Songwon,首尔,韩国)。将干燥的TEM(1g)加入到得到的PVC溶胶中。然后,混合混合物。然后将所得混合物涂覆到200μm的厚度上。将涂覆的样本在110℃下凝胶化。使用厚度计测量凝胶样品的厚度。在凝胶样品在200ºC发泡后,通过将厚度除以膨胀之前和之后的厚度来计算膨胀比。
用色差计测定试样的褪色
使用色度计(Konika Minolta,CM-2500D,Konika Minolta Co.,Tokyo,Japan)测量白度指数(Wi)和呈黄色值(B),以评估PVC Sol泡沫样本的亮度,颜色和饱和度。
结果和讨论
合成的可热膨胀微球的形状
微球经引发剂处理前的显微图像如图2 (a)所示。经1% w/w过硫酸钾、亚硫酸氢钠和硫化钠引发剂处理后的微球分别如图2 (b)、(c)和(d)所示。Chen等报道2,2 ' -偶氮二异丁腈(AIBN)和过氧化物苯甲酰(BPO)作为引发剂,产生更多的自由基并引发聚合,导致聚合物链不长(Mn = 4500)[11-13]。Gonçalves等人(2008)报道PMMA结构域的成核速率增加,引发剂分解[14]导致自由基生成增加。
图2:微胶囊经:(a)无,(b)过硫酸钾,(c)亚硫酸氢钠和(d)硫化钠处理后的显微图像。
图2(b)和(c)中的微观图像类似于图2(a)中的微观图像。使用N-戊烷[12]在可膨胀的微球中示出了各种形状和表面。然而,在接受过视线处理之后,证实颗粒聚集在一起的颗粒和TEM之间的空间变得非常宽,如图2(d)所示。该结果可能表明,由于TEM与硫化钠在后处理过程中的外部崩溃,内部烃似乎释放出来,这似乎与其他引发剂的治疗类似。
合成的热膨胀微球的热膨胀性能
表1显示了经过引发剂后处理的tem的物理性能。通过使用引发剂,T开始除了用硫化钠后处理后,合成的微球没有差异。T最大限度经亚硫酸氢钠后处理后的微球含量最高。D最大限度用硫化钠后处理的合成微球显着低于D.最大限度用其他引发剂处理合成的微球。这一结果可能表明,微球不适当地泡沫,因为在后处理期间TEM中的烃泄漏到塌陷的外壁。
表格1:用引发剂合成微球的热膨胀性能。
属性 | 没有任何 | 过硫酸钾 | 亚硫酸氢钠 | 钠 硫化 |
---|---|---|---|---|
T开始(ºC) | 144.9 | 144.3 | 144.5 | 149.3 |
T最大限度(ºC) | 161.1. | 161.5 | 164.2 | 157.3 |
D最大限度(μm) | 2588 | 2329 | 2859. | 158 |
粒度(μm) | 24.3. | 27.6 | 21.8 | 22.3 |
图3为经引发剂处理后TEMs的TMA曲线。过硫酸钾对合成的微球体积有很小的影响。与预处理前相比,亚硫酸氢钠的加入使微球体积略有增加。当使用硫酸钠时,体积增加相对较小。这似乎是由于tem的外层聚合物在后处理过程中具有较低的气阻性能。认为由于低气障导致的内部烃类泄漏并没有改变合成微球的体积。用硫酸氢钠进行后处理,可以有效地去除残留单体。与其他引发剂处理的微球相比,随着单位质量TEMs含量的增加,体积变化最大。
图3:经不同后处理的tem的TMA。
图4显示了使用SEM的合成TEM的照片。可以看出,合成的TEM具有稍微扭曲的球形形状。vamvounis等。报道,通过与噻吩酰氯和聚(3-N-十二烷基噻吩)反应来通过反应官能化TEM的SEM图像显示它们的形状和片状表面的稠度。据报道,在合成期间,通过交联剂逐渐变形胶囊形状以扭曲的微球体[13]。由于添加交联剂,还认为该研究中合成的胶囊也被认为是具有这种形状。在图4(a)中,(b)和(c)中,在后处理前的TEM与用过硫酸钾和双硫酸钠后处理后的结果没有显着差异。用AIBN和BPO作为引发剂治疗的TEM的形状和分布差异是由于AIBN和BPO的不同热分解温度[11]。然而,当在后处理中使用硫化钠时,它几乎没有泡沫,如图4(d)所示。可能发生该结果是因为TEM的外壳塌陷,并且作为内部膨胀剂的烃泄漏。
图4:热膨胀微球的SEM图像(×500, ×2500):(a)无,(b)过硫酸钾,(c)亚硫酸氢钠,(d)硫化钠。
PVC溶胶的膨胀试验
PVC SOL是最常用于含壁纸TEM的介质。含有用4种引发剂处理过的TEM的PVC溶胶泡沫以测试其可能的应用。表2显示了用这些TEM从PVC溶胶获得的泡沫膨胀比和比色分析的结果。当在PVC溶胶中使用未处理的TEM时,PVC溶胶的泡沫膨胀比为230倍。在用过硫酸钾和亚硫酸氢钠处理后,PVC溶胶的泡沫膨胀比略微增加。另一方面,含有用硫化钠处理后处理的TEM的PVC溶胶几乎没有发泡。因此,当使用亚硫酸氢钠,过硫酸钾,无引发剂和硫化钠时,黄变值(b)减少。因此,当使用亚硫酸氢钠,没有引发剂,过硫酸钾和硫化钠时,WI增加。基于这些结果,证实用亚硫酸氢钠后处理的TEM改善了PVC溶胶的泡沫膨胀性能,而且降低了其黄变性。
表2:PVC Sol试验结果。
属性 | 没有任何 | 钾 过分的 |
亚硫酸氢钠 | 硫化钠 |
---|---|---|---|---|
膨胀率(%) | 230 | 233 | 242 | 140 |
白度指数(WI) | 81.6 | 82.3 | 83.7 | 78.5 |
泛黄的(b) | 13.9 | 12.9 | 11.4 | 17.9 |
亚硫酸氢钠含量对膨胀性能的影响
研究了亚硫酸氢钠含量对含TEMs PVC溶胶发泡膨胀率、白度和黄变值的影响。这是因为亚硫酸氢钠提高了PVC溶胶的发泡膨胀率、WI,降低了变黄值,不同亚硫酸氢钠处理后tem的TMA曲线如图5所示。根据亚硫酸氢钠的含量,tem的膨胀性能和粒径如表3所示。由表3可知,当添加2% w/w的亚硫酸氢钠时,体积变化最大。以2% w/w的亚硫酸氢钠对tem进行后处理时,粒径最小。Bu等报道,在含有0,05 mol% 1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯(BDDMA)的胶囊中,膨胀率最大,范围为0 - 0.08 mol%[4]。这被认为是由于胶囊核心的液态烃汽化最活跃,含有0.05 mol%[4]。
表3:亚硫酸氢钠含量对膨胀性能和粒径的影响。
内容(wt %) | 0 | 1 | 2 | 3. |
---|---|---|---|---|
Tstart(ºC) | 144.9 | 144.5 | 144.1 | 143.1 |
Tmax(ºC) | 161.1. | 164.2 | 163.7 | 159.5 |
距离(μm) | 2588 | 2859. | 3250 | 172 |
粒度(μm) | 24.3. | 21.8 | 18.3 | 20.7 |
图5:亚硫酸氢钠含量对膨胀性能的影响。
结论
为提高聚氯乙烯泡沫介质的泡沫膨胀率和白度,聚合后用过硫酸钾、亚硫酸氢钠、硫化钠等引发剂对热膨胀微球进行后处理。过硫酸钾和亚硫酸氢钠处理后的发泡行为无显著差异。用硫化钠后处理不产生泡沫。亚硫酸氢钠处理后的tem的白度指数(WI)和黄变值(b)均优于其他引发剂处理后的tem。以亚硫酸氢钠为引发剂时,含TEMs的PVC溶胶泡沫膨胀率最佳,白度最高,黄变值最低。添加2% w/w亚硫酸氢钠时,试样体积变化最大。因此,经2% w/w亚硫酸氢钠后处理的tem具有优异的泡沫膨胀性能和白度性能,可应用于涂料和墙纸生产等领域。
承认
此次研究是在韩国中小企业厅“世界一流300项目研发支持项目”(S2433278)的支持下进行的。
没有参考文献