石榴状PA/SiO2接枝复合乳胶的原位法制备及其胶膜结构形成机制

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无机功能颗粒存在下,水性胶乳在目标织物表面的成膜附着是纺织品功能整理中普遍存在着的一个固化成型过程。通常认为无机颗粒在所成胶膜内特定结构的分散和排列可赋予其更好的功能性和粘结牢度。但目前常用的、基于简单物理共混的水性胶乳成膜体系下,无机颗粒在最终胶膜内的分散状态往往严重失控,这极大地影响了胶膜品质的提升及功能颗粒功效的充分发挥。近二十年来,基于原位聚合的接枝复合乳胶制备技术取得了长足的发展。由此制得的具有不同形态结构和接枝状态的粘合剂/无机颗粒复合乳胶用于功能整理,则有望解决上述关键共性问题。但目前对接枝复合胶膜形态结构形成机制的研究较少,特别是针对其中复合乳胶形态与其胶膜结构间的关联仍缺乏系统研究。本课题以纳米SiO2为代表性无机功能颗粒,通过硅烷偶联剂MPS偶联改性、介质置换等过程制备一系列亲水亲油性不同的纳米SiO2水分散液和丙烯酸酯单体分散液。进而分别通过微悬浮、乳液等原位聚合技术,制备一系列具有不同接枝状态和粒径大小的石榴状复合乳胶。发现,偶联改性可有效改变SiO2表面亲水亲油性。当其表面改性程度较高时,SiO2可完全分散于丙烯酸酯类单体中。进而可通过原位微悬浮聚合制得具有典型石榴状结构特征的亚微米级PA/SiO2接枝复合乳胶。而当偶联程度适中时,SiO2可在单体/水两相界面起到类似分散剂的作用,并随着聚合的进行和其表面接枝链的增多而被拉进PA乳胶粒内。因而通过原位乳液聚合可制备具有典型石榴状结构特征的纳米级PA/SiO2接枝复合乳胶。在上述制备过程中,通过协同改变反应配方、操作条件及MPS偶联程度等因素,可在较大范围内调控石榴状复合乳胶的粒径大小和接枝状态。将上述具有不同粒径大小和接枝状态的石榴状复合胶乳用于胶乳成膜,并与传统物理共混胶膜进行形态结构比较。发现传统物理共混胶乳成膜过程中,随着介质水的挥发及胶粒间的相互靠近融合,与粘合剂聚合物在极性、浸润性、亲水亲油性等方面存在巨大差异的SiO2极易被排斥而在胶膜内堆积形成较大尺寸的颗粒聚集体,这也正是导致当前传统功能整理涂层品质较差的原因之一。而石榴状复合乳胶中,SiO2被高效地预先包裹于乳胶粒内,且成膜过程中胶粒间的表层形变融合对胶粒内SiO2的影响较少,因而最终可在整个复合胶膜内均匀形成大量胶粒大小的石榴状SiO2团簇体。且在高偶联改性情况下,复合胶粒内可形成以SiO2为交联点的复杂交联结构,因而相应的SiO2团簇体在高流动性的溶液体系中可保持其原有可控聚集结构,即这种石榴状SiO2团簇体属于热力学稳定结构。因而认为,与粘合剂胶粒的预先高效复合,是解决功能颗粒在胶膜中可控分散和有序排列的有效策略之一。本基础性研究通过原位聚合制备石榴状接枝复合乳胶,并分析复合胶粒大小和接枝状态对胶膜中功能颗粒分散-聚集状态的影响,进而构筑石榴状接枝复合胶膜形态结构的形成机制,以从微观角度指导内含功能颗粒复合乳胶的制备及应用。
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