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胶乳互穿网络聚合物(LIPN)的阻尼性能研究与应用进展

更新时间:2009-03-28

胶乳互穿网络聚合物简称LIPN,是通过分步乳液聚合(即种子乳液聚合)合成的互穿网络聚合物。因为互穿网络结构仅限于各个胶乳粒范围之内,所以它也被称为微观互穿网络聚合物。

LIPN在分子层面上将热力学不相容、不同玻璃化转变温度(Tg)的聚合物互穿形成稳定的聚合物网络体系。含有不同玻璃化温度的聚合物组分让LIPN的玻璃化转变温度范围较宽,从而使LIPN作为阻尼材料时拥有较宽的阻尼温域[1]。LIPN中的聚合物网络分子链段存在着化学交联点,在任何溶剂中都只能溶胀,不能溶解,同时也不会发生蠕变和流动,故LIPN具有更好的粘接力[2]。LIPN这些独特的结构和性能,使其广泛应用于阻尼材料[3]、皮革涂饰剂[4]、涂料印染[5]等领域。关于LIPN的研究,20世纪末张留成等[6]对LIPN的类别、制备、形态结构、性能和应用进行了总结。受制于当时研究条件,对LIPN的性能和形态结构研究不够深入和全面,随着其他学者对LIPN后续研究的深入,LIPN的种类变得丰富并且一些LIPN的新性能影响因素和新应用领域被发现。马丽红等[7]21世纪初对不同类别的LIPN进行较为全面的总结,但是对LIPN的应用进展没有涉及。在他们之后,国内外对LIPN的研究有了很多新的进展,LIPN的应用领域也更广泛,因而关于LIPN的研究和应用需要进行再一次的回顾和总结。本文对LIPN的结构、阻尼原理、制备和类别进行系统性总结,并着重对LIPN阻尼性能影响因素和不同应用领域进行了归纳,最后对LIPN的研究方向进行了展望。

以人类命运共同体为镜像观照新时代统一战线的逻辑前提是发现并归纳二者的强关联性,探讨二者的互动性、互鉴性,探寻有效的合作之道。在思想渊源、奋斗目标、价值取向、主体意识、实践方式等方面,人类命运共同体与新时代统一战线高度契合,具有共通之处。

1 LIPN的微观结构形态和阻尼原理

1.1 LIPN胶乳粒的微观互穿网络结构

LIPN是由两种或两种以上的共混聚合物分子链相互贯穿,并至少一种聚合物分子链以化学键的方式交联而形成的网络结构。如图1所示,在聚合物互穿网络中,一种聚合物网络贯穿在另一种聚合物网络中,并在各聚合物网络的分子链段存在化学交联点。

邓小平非常强调打击经济犯罪和腐败现象,在实际工作中落实建设社会主义精神文明的要求。“风气如果坏下去,经济搞成功又有什么意义?会在另一方面变质,反过来影响整个经济变质,发展下去会变成贪污、盗窃、贿赂横行的世界。”[4]P154为了使全党重视精神文明建设,他强调搞四个现代化一定要“两手抓”,一手抓物质文明建设,一手抓精神文明建设。这两只手都要硬,两个文明建设都赶上和超过亚洲“四小龙”,才是有中国特色的社会主义。

1.2 LIPN的阻尼原理

  

图1 胶乳互穿网络聚合物(LIPN)乳胶粒的微观网络结构

高分子材料一般都具有一定的阻尼特性,因为高分子材料是典型的黏弹性材料,在交变应力的作用下,其形变行为是弹性变形与黏性流动的结合,会产生滞后现象,即在交变应力作用下,形变落后于应力,在每一应力循环过程中都会产生能量损耗。当振动或噪声由基体传递到高分子材料时,机械振动被转化为大分子链或链段的运动,通过分子间的内摩擦,把机械能转化为热能,起到阻尼作用。LIPN的互穿网络结构、不同类型的聚合物网络交缠互穿,更容易将分子链的运动摩擦转变为热能,大大增强了其阻尼性能。当环境温度在LIPN的玻璃化转变温度(Tg)附近,LIPN的分子链段能充分运动,但是形变又跟不上外加交变力场的变化,滞后现象严重。这使得LIPN在玻璃化转变区内出现一个内耗的极大值,表现出相对优异的阻尼性能。

2 LIPN的合成

LIPN是通过多步乳液聚合方法制得的,其基本配方与一般乳液聚合相似,其关键是除第一步即种子乳液合成之外,其余各步都不再补加乳化剂,以保证无新的粒子形成。以聚苯乙烯/聚丙烯酸酯(PS/PA)型LIPN的合成为例,其合成步骤如下[8]:在带有冷凝回流和机械搅拌装置的三口烧瓶中,加入水、十二烷基硫酸钠(SDS)、OP-10和质量分数10%的单体混合物Ⅰ[苯乙烯(St)、丙烯酸乙基己酯(EHA)及乙二醇二丙烯酸酯(HDDA)],在氮气保护下,搅拌乳化30min,然后水浴加热到76℃。将0.2g过硫酸铵(APS)溶于25mL去离子水中,再加入到烧瓶里引发聚合反应。然后将剩下的单体混合物Ⅰ利再用蠕动泵以0.5mL/min的速度加入到反应体系中。单体加完后,再保温1h,制得种子乳液。继续向种子乳液中添加引发剂,接着用蠕动泵以 0.5mL/min的速度将预乳化的单体混合物Ⅱ[甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸正丁酯(n-BA)、甲基丙烯酸(MAA)、双丙酮丙烯酰胺(DAAM)]加入到反应体系,加完单体后保温3h,制得PS/PA型LIPN。

受多组分研究思路的启发,张明珠等[11]采用种子乳液半连续法合成四组分 P(MMA-EMA)/P(EABA)型LIPN,通过改变丙烯酸酯LIPN结构中网络配比,发现网络配比对乳液性能和体系阻尼性能有明显影响,并通过向第二网络加入乙酸乙烯单体来改变网络组成,发现乙酸乙烯的加入使乳液的阻尼性能有明显的下降。

上述PS/PA型LIPN的合成机理和结构形成过程如图2。

3 LIPN的类别

3.1 丙烯酸酯LIPN

苯乙烯单体存在苯环结构,形成聚合物时,苯环侧基位阻较大,能有效增加分子链内摩擦,并提高材料的硬度和强度;丙烯酸酯聚合物虽有其明显优势,但其耐水及耐溶剂性能较差,许多研究采用苯乙烯替代部分丙烯酸酯单体来改善LIPN性能[3]

  

图2 LIPN合成过程示意图

晏欣等[9]用分步乳液聚合方法合成了聚甲基丙烯酸甲酯/聚丙烯酸丁酯(PMMA/PBA)胶乳互穿网络聚合物,但发现其相容性不理想,在动态力学谱(DMA)出现两个阻尼峰。通过改变合成工艺,采用分步乳液聚合方法,即把原本用来合成种子乳液的 MMA单体按比例分为两部分:一部分MMA先和 BA制备 LIPN乳液,然后另一部分MMA加入制得的LIPN乳液发生聚合反应,从而可以得到 PMMA/PBA/PMMA型胶乳双向互穿聚合物网络。

矽肺病是因为肺弥漫性纤维化,小动脉内膜增厚以及周围前为增生,而导致肺官腔狭小、阻塞,引发血栓。损坏毛细血管,肺血液输送功能受阻,进一步恶化后是患者出现呼吸衰竭自己肺心病等症状,对患者的生命安全产生了威胁[3]。临床上的康复护理主要根据患者病情变化情况,对患者实施有针对性的护理办法,以提高患者的临床治疗效果。

在晏欣等研究的基础上,杨小兵[10]用甲基丙烯酸乙酯和丙烯酸乙酯代替丙烯酸丁酯,按照胶乳双向互穿聚合物网络的合成方法制备了三组分PMMA/PEMA/PEA型LIPN,对其阻尼特性进行了研究,并研究了增塑剂和填料对其阻尼性能的影响。结果发现,增塑剂的加入对该LIPN的阻尼特性影响很小,而不同的填料对其阻尼特性的影响不同,其中具有球状立体结构的富勒烯的加入会使其阻尼性能得到大幅度提高。

同理,监测轨道折角值时,水平状态下A、B两点拟合直线斜率为k3,C、D两点拟合直线斜率为k4,折角值为δ;运动状态下A、B两点拟合直线斜率为k3,m,C、D两点拟合直线斜率为k4,m,折角值为δm。具体如下所示:

3.2 苯乙烯-丙烯酸酯型LIPN

丙烯酸酯LIPN是研究最多的也是研究最早的LIPN类别。国内早期对LIPN的研究也主要是从纯丙烯酸酯LIPN开始的。在早期的纯丙烯酸LIPN的研究中,丙烯酸酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯等常见的基础性丙烯酸单体用得较多。

晏欣等[12]利用种子乳液聚合以及双丙酮丙烯酰胺(DAAM)与己二酰肼及甲基丙烯酸缩水甘油醚(GMA)与乙二胺的交联反应合成了系列聚苯乙烯/聚丙烯酸正丁酯(PS/PBA)室温界面自交联LIPN。研究表明,自交联可提高LIPN的拉伸强度,减少永久形变,并且拉伸强度随DAAM和GMA用量的增加而增加,但室温界面自交联会导致 LIPN阻尼性能的下降。PENG等[13]则研究了PS/P(EA-BA)型LIPN的阻尼性能,并发现聚合反应过程中网络组成和配比、交联剂用量、极性基团和加料顺序对PS/P(EA-BA)型LIPN阻尼性能有影响。

除了对苯乙烯-丙烯酸酯型LIPN性能的研究,TANG等[14]利用质量分析法研究了 PS/PEA型和PEA/PS型LIPN合成反应过程的表观动力学。通过绘制核层聚合物网络和壳层聚合物网络聚合物反应动力学曲线发现,核层聚合反应(种子乳液聚合反应)遵循经典乳液聚合反应动力学规律,反应过程分为乳胶粒生成期、恒速期、降速期,而壳层聚合反应只有恒速期和降速期,并且此动力学规律不受核层和壳层的组成影响。

3.3 聚氨酯-丙烯酸酯型LIPN

聚氨酯(PU)具有优异的力学性能、耐磨性能、粘接性能和低温阻尼性能,聚丙烯酸酯具有优良的耐候性、保光性、耐水性和常温阻尼性能,将 PU聚合物网络和 PA聚合物网络结合形成 PU/PA型LIPN,是综合聚氨酯和丙烯酸树脂优良性能的有效方法[3]

近年来关于聚氨酯-丙烯酸酯的研究逐渐增多,主要是关于聚氨酯-丙烯酸酯型LIPN乳液的结构形态、阻尼性能。王志玲[15]在关于聚氨酯-丙烯酸酯型LIPN的研究中,主要其胶乳粒子形态影响因素进行探讨,分别研究了加料方式、核壳比等因素对聚氨酯-丙烯酸酯LIPN型胶乳粒子形态的影响。徐磊等[16]研究了PU/PMMA型LIPN的阻尼性能,发现其阻尼性能受PU/PMMA组成比、交联密度等因素的影响。张静丽等[17]合成了PU/BA-HEMA型互穿网络聚合物(HEMA为甲基丙烯酸羟乙酯),并发现HEMA和BA的引入能有效提升LIPN的阻尼温域和网络交联程度。

4 影响LIPN阻尼性能的因素

LIPN的特殊结构决定了它的性能,因此LIPN体系中交联剂用量、网络配比、合成工艺、填料等一系列直接对体系结构产生影响的因素也影响LIPN的阻尼性能表现。

4.1 交联剂用量的影响

交联剂用量决定了LIPN两种或多种聚合物网络的交联程度。合适的交联程度不仅提高不同聚合物网络间相互交缠的程度,还能避免反应过程中由链增长而导致的相分离,进而增强了聚合物网络间的相容性和协同作用,使LIPN具有良好的阻尼性能。交联度太低或者太高都会导致LIPN阻尼性能的下降。

图7中可以看出,当摩擦系数和长径比增大到一定程度后,相对压强急剧增大。表明通过添加润滑剂和提高模孔光洁度等途径降低物料与模孔之间的摩擦系数能有效降低挤压制粒成型所需的挤压力。在改善物料与模孔摩擦系数的条件下,为满足挤压制粒成型所需挤压力可以选择适当提高长径比,此时虽然模孔入口载荷仍为制粒成型条件所需挤压力,但物料与模孔间的摩擦作用得到了有效改善,是有效延长环模使用寿命的潜在途径。

刘玉涛等[18]探讨了核层和壳层交联剂含量对P(St-MMA)/P(BA-EA)型 LIPN阻尼性能的影响,发现LIPN阻尼性能随着核层或壳层交联剂含量增加先升高后降低。核层交联剂含量过低会使交联点之间的链段活动能力增加,从而削弱了第一网络与第二网络间的链段交缠互锁作用,降低了聚合物网络间的相容性;而核层交联剂含量过高会使第一网络分子链段过度交联,限制了第二网络单体的渗透,同样使聚合物网络相容性下降,同时交联度过大使链段运动困难,必然导致阻尼性能的下降。当壳层交联剂含量过低时,交联点之间的分子链长,作为运动单元的链段仍可运动,故聚合物仍保持较高柔性。随着交联剂含量增加,交联点的数目增多,由于交联间距变短,交联点单键的内旋能力逐渐丧失,交联聚合物变为脆性产物,阻尼性能降低。

(2)供试品溶液的制备 将准噶尔乌头药材用水浸泡24 h,加水煮5、50、240、720 min不同时间段,取出,切片,60 ℃以下烘干。

4.2 网络配比的影响

LIPN体系由几种不同性质的聚合物网络互穿形成,每种网络在整个体系的含量直接影响体系的性质。通常为了得到阻尼因子高和阻尼温域宽的LIPN,将不同玻璃化温度的高阻尼性能聚合物网络交联互穿,拓宽LIPN的阻尼温域。在交联互穿形成的过程中,不同聚合物网路的配比对最终得到的LIPN的阻尼性能有明显的影响。

水性聚氨酯皮革涂饰剂是目前应用最广泛的皮革涂饰剂,但水性聚氨酯涂饰剂在应用中需要解决乳液稳定性、耐水性、拉伸强度较差的问题,水性聚氨酯互穿网络改性是解决上述问题的重要途径。互穿网络改性因改性的工艺不同,又分为单纯互穿网络改性和接枝互穿网络改性。

徐磊等[16]对不同网络配比的 PU/PMMA型LIPN进行了DMA测试,发现LIPN的阻尼性能与PU/PMMA网络配比有明显的关系。如图3所示,随着PU含量的增加,LIPN低温段阻尼峰升高但峰宽不变,低温阻尼性能得到明显提高;同时随着PMMA含量的增加,LIPN的高温段阻尼峰向高温区移动,有利于拓宽材料的阻尼温域。

  

图3 不同网络配比的PU/PMMA型LIPN的DMA图

4.3 加料顺序的影响

LIPN阻尼材料通常含有软相、硬相,即核-壳结构。软相即橡胶相,提供低温阻尼性能及最终制品的柔软性、黏附性;硬相即塑料相,提供常温乃至高温的阻尼性能及最终制品的强度、硬度。在LIPN制备过程中,首先加入的单体合成种子胶乳成核,并生成第一聚合物网络,后加入的第二聚合物网络单体在核外聚合成壳层。所以当改变加料顺序时,也就是改变了种子乳液的种类、核层和壳层聚合物的种类,出现核壳层相反转,进而影响 LIPN体系的综合性能。

PENG等[13]在合成PS/P(EA-BA)时,改变了单体的加料顺序,事实上倒转了核壳组成,得到P(EA-BA)/PS型LIPN,测试比较发现前者阻尼性能更优异,直接原因是加料顺序的改变使网络间的互穿和交缠程度下降。聚苯乙烯作为核层聚合物网络时,由于苯环的空间位阻大,使分子链的活动能力差,从而使分子链的空间更大,更有益于壳层聚合物网络单体溶胀到核层聚合物网络中,最终使整个聚合物网络体系的互穿程度上升,阻尼性能得到提高。

4.4 加料方式的影响

接枝互穿网络改性工艺有两种:一种是先制得含不饱和双键的预聚体乳液,再将引发剂、丙烯酸酯单体加入其中进行自由基聚合;另一种是先分别制得带有官能团的PU和PA乳液并混合,经缩聚和交联得到互穿聚合物网络 PUA。郭银海[34]则用接枝互穿网络改性工艺合成了PU/PA型LIPN皮革涂饰剂,其涂层有良好的柔韧性、耐寒和耐老化性能。

  

图4 不同加料方式的PSt/PA/PBA型LIPN的DMA图

4.5 填料的影响

LIPN体系在实际应用中通常会添加填料来降低成本和增加强度,研究发现填料的加入对LIPN体系的阻尼性能有较大的影响。一方面,填料填补了高分子链段堆砌而形成的空隙,使体系自由体积减小,部分分子链段的运动受到限制,从而使材料通过分子链间的运动将外界输入的力学性能转为热能的能力下降,最终导致材料的阻尼性能下降;另一方面,在玻璃化转变温度范围内,填料的加入加剧了体系聚合物与聚合物、聚合物与填料之间的摩擦,从而提高阻尼值。不同的填料具有不同的结构,这决定了填料是发挥出增强阻尼性能还是减弱阻尼性能。片状结构的填料在材料发生应变时,其层片可以有助于增加层片间聚合物的剪切变形,不仅可以提高阻尼值,也可以使阻尼温域加宽,如云母。而玻璃纤维和蛭石则使聚合物体系的阻尼性能降低[20]

杨小兵[10]研究了炭黑、片状石墨和富勒烯填料对MMA/EMA/EA型LIPN阻尼性能的影响。研究发现在加入一定量的炭黑与石墨以后,聚合物的强度和硬度增强,柔韧性下降,阻尼温域加宽。但与粉末状的炭黑相比,片状石墨的加入使聚合物的阻尼性能提高的幅度更大。而加入富勒烯后,阻尼温域大幅度被加宽,聚合物的阻尼性能得到了很大的提高,这说明富勒烯所具有的管状结构具有更好的阻尼增强作用。

5 LIPN的应用

5.1 阻尼涂料

在《四库全书》编纂基础上,由纪昀任总纂,自乾隆三十八年(1773年)开始,历时八年,将《四库全书》著录的图书79309卷与存目的图书93551卷,共172860卷,分别编写提要,按经、史、子、集四部分类法编排,编撰完成《四库全书总目》。全书200卷,是中国古典目录学的集大成之作。《四库全书总目》的编撰完成,结束了我国分类法历史上七分法、六分法与四分法之争的局面,四部分类法从此占居了统领地位。《四库全书总目》是我国古代最大的一部目录学著作,“四库法”分类体系,具有较强的权威性,现今的《全国善本总目》仍继续沿用,是我国宝贵的文化遗产。

传统机车用阻尼涂料的成膜物质通常是由不同玻璃化温度的聚合物乳液物理共混得到的,生产成本低,但涂料的稳定性、力学性能和阻尼性能都一般。相比于由乳液共混制得的水性阻尼涂料,水性LIPN阻尼涂料有更宽的阻尼温域、更高的阻尼因子和更好的力学性能。李文安[30]在研究中利用合成的阻尼性能优良的PSt/PBA/PMMA型LIPN,将其配制成水性阻尼涂料,成为一种阻尼性能和力学性能优良的环保型阻尼涂料。

LIPN在水性阻尼涂料的应用中也有一些不足,例如LIPN所含聚合物网络的相容性不是很好,体系中网络的互穿程度不均匀。为了解决这些不足,LV等[31]通过改进乳液聚合工艺,合成了具有梯度结构的胶乳互穿网络聚合物,其乳胶粒由内到外网络的组成和配比是连续性变化的,而不同于一般LIPN乳胶粒核壳组成的突跃式变化,研究表明这种材料克服了一般LIPN的网络相容性差和网络互穿程度不均一的问题。

另外,LIPN作为阻尼材料在得到更广泛的应用前,还面临工业化难度高、生产工艺复杂等问题。并且阻尼材料应用环境多样,单一LIPN作为阻尼材料的通用性差,这些都是LIPN在该领域进一步应用前待解决的问题。

LIPN具有独特的互穿网络结构,由不同Tg的聚合物在分子层面上良好的共混交缠,玻璃化转变温区宽,阻尼性能和力学性能良好,在阻尼消声、抗冲击材料领域具有巨大的应用前景,可用于汽车[21-23]、船舶[24-26]、高铁阻尼涂料[27-29]

5.2 皮革涂饰剂

泡菜制作过程中一般会伴随亚硝酸盐含量的逐步增加,给泡菜带来了安全隐患。乳酸菌能够降解亚硝酸盐是由于其含有亚硝酸盐还原酶,该酶能够作用于亚硝酸盐使之分解产生氨[10,11]。将36株乳酸菌株按1%(V/V)接种量接入含125 mg/L的亚硝酸盐培养液中,30 ℃培养,间隔12 h取样,测定培养液中的亚硝酸盐含量,计算菌株对亚硝酸钠的降解率。

单纯互穿网络改性工艺主要流程是:先在合适的溶剂体系中加入聚醚二元醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂进行加聚反应,同时加入丙烯酸酯单体、油溶性引发剂进行自由基聚合,选择合适的反应条件,用同步IPN法制得PUA产品,然后采用相转移法制备 PUA乳液[32]。耿耀宗等[33]采用了单纯互穿网络改性工艺合成了皮革涂饰剂用的 PU/PA型LIPN,核为聚氨酯聚丙烯酸酯接枝共聚物、核次外层为聚丙烯酸酯互穿网络聚合物、最外层为聚氨酯亲水聚合物,该LIPN稳定性好,用作皮革涂饰剂时具有良好的拉伸回弹抗形变性能。

LIPN的合成过程中加料方式通常为两种:一种是分批加料法;另一种是饥饿加料法。改变了LIPN合成过程中加料方式,也就改变了 LIPN的合成工艺,对LIPN的结构和性能也产生一定的影响。ZAHEDI等[19]在合成PSt/PA/PBA型LIPN时,分别采用分批加料法和饥饿加料法,得到两种阻尼性能有明显差异的LIPN。从图4中可以看出,饥饿加料法相较于分批加料对LIPN的阻尼性能有明显的提升作用。在饥饿加料时,单体对胶束和已形成种子的扩散是被控制的,单体是缓慢地在种子中扩散,防止胶束饱和。新的单体在已加入单体反应完后才会滴加到反应体系中。但在批量加料时,单体的扩散不受控制,胶束很快变得饱和。因此,使用分批加料方式不利于单体充分反应和分子链的充分交联,从而出现阻尼峰较低和阻尼峰明显分离的现象。

开展地温空调水资源论证专题研究。根据鞍山市水资源论证工作的特点,结合鞍山实际,组织专业人员,开展水资源论证中地温空调论证工作的专题研究,有针对性地强化水资源论证工作。

解开安全带需要进行指纹识别,即录入者才可打开安全带锁扣。增加婴儿车的安全性与防盗性,同时确保婴儿车内婴儿的安全。

改性后的水性聚氨酯皮革涂饰剂虽然综合性能良好,但成本较高,为了得到同等性能但低成本的皮革涂饰剂,一些研究尝试保留了互穿网络结构,完全用丙烯酸酯代替聚氨酯来降低成本。吴育彪等[35]利用多种丙烯酸酯单体,通过多组实验改变交联剂、单体组成、加料方式,探究出最佳合成工艺,最终得到了综合性能可以媲美水性聚氨酯皮革涂饰剂的丙烯酸酯胶乳互穿网络皮革涂饰剂。

5.3 涂料印花

传统的丙烯酸涂料印花黏合剂存在印花织物手感硬、牢度差及热黏冷脆等缺点,利用互穿网络改性传统丙烯酸涂料黏合剂能很好地克服这些缺点。由于聚合物网络间存在着化学交联点,LIPN在任何溶剂中都只能溶胀,不能溶解,LIPN也不会发生蠕变和流动,使得LIPN具有更好的粘接力并得到较高的色牢度。由于LIPN的各种聚合物的玻璃化转变温度(Tg)可如下选择:①其中一相有较低的Tg,使黏合剂具有较好的弹性和柔软性;②另一相的Tg较高,防止黏合剂发黏。这种结构对成膜性、膜强度、断裂强度、拉伸强度、流变性能等都有一定的改善,这些性能对于作为涂料印花的黏合剂都是十分有用的性质[36]

为了改善传统涂料印花交联剂的牢度和手感,钟欣[37]以交联聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为网络Ⅰ,PA作为网络Ⅱ,合成了PDMS/PA型LIPN乳液,其印花织物性能较佳,可以达到干摩擦牢度4~5级,湿摩擦牢度3~4级,且手感滑爽和柔软性好,但进一步提高印花织物的耐摩擦色牢度性能还有待研究。

为了改善传统涂料印花交联剂白度、抗皱性、抗起毛起球性,刘锦等[38]以PU作为网络Ⅰ,PA作为网络Ⅱ,合成了PU/PA型LIPN乳液,其印花织物抗皱性和抗起毛起球性明显改善,印花织物的干/湿摩擦牢度和耐皂洗牢度明显提高。

5.4 其他领域

LIPN除了上述应用领域以外,还可以应用在水性木器漆、塑料改性、离子交换树脂和防腐蚀耐高温涂料等领域。刘顺等[39]在配制新型的水性木器涂料时,添加了PU/PA型LIPN乳液作为乳基料,以增强木器涂料涂层的硬度、抗粘连性和耐溶剂性能。BHATTACHARYYA等[40]通过引入 PBA聚合物网络与PVC聚合物网络形成互穿网络结构,大大增强了 PVC塑料的冲击强度和拉伸强度。王留方等[41]以聚丙烯酸树脂/环氧树脂型LIPN乳液为乳基料,配制成石油管道及设备用水性防腐涂料。

6 结语

LIPN采用特殊的化学方法使两种或两种以上的聚合物大分子形成相互贯通的聚合物网络。它不同于接枝共聚聚合物,也不同于简单的共混物,具有独特的拓扑结构,不同聚合物网络间强迫互溶、界面互穿、连续且有协同作用。因此LIPN具有良好的阻尼性能、抗冲击性能、拉伸性能,使其在阻尼消声材料、皮革涂饰剂、涂料印花等领域具有应用价值。

目前关于LIPN的研究还存在一些不足,研究中过于关注LIPN一些性能的直接影响因素,而对LIPN的微观结构设计较少做一些创新性研究。比如CHEN等[42]在对PU/PA型LIPN的研究,通过提高PA在聚合物网络的含量,可以提升PU/PA型LIPN的防水性能和拉伸性能,但却降低了LIPN的网络相容性和阻尼性能,即性能影响因素对目标性能存在矛盾性影响。但通过新的聚合工艺、更精细的聚合物结构控制与设计合成具有新型结构的LIPN,就可以避免上述问题。WANG等[43]通过RAFT无皂乳液聚合工艺合成了梯度结构共聚物,大大加强了体系组分间的相容性。类似的方法也可以用来提升LIPN组分间的相容性和阻尼性能。关于LIPN的研究未来要取得发展和突破,可以从下面几个方面努力。

(1)发展新型聚合工艺,同时拓展对互穿网络结构的认识,以便制备更多微观结构的胶乳互穿网络聚合物,从而增强胶乳互穿网络聚合物阻尼等性能。熟悉体系LIPN合成反应动力学是成功制备LIPN、降低工业化难度的必要条件。目前对 LIPN合成反应动力学的研究比较少,且停留在传统乳液聚合理论层面上。

本文提出一种新型结构的磁通门传感器,该传感器的主要优点为能够直接检测电力变压器的直流偏磁磁通,估计变压器偏磁程度,与传统测量偏磁方法相比,更加简单、直观和有效,在实际应用中具有重要的价值。

(2)发展新的表征方法,为认识LIPN的结构提供更多信息。目前LIPN结构表征手段较少,相关研究大多数是采用 TEM、SEM 表征,少许用到小角X射线(SAXS)和小角中子散射(SANS)[1]。通过新的表征方法就能找到新的角度,对LIPN结构和性能的关系有更深入的认识。

(3)积极拓展LIPN的组成多样性。目前的研究中LIPN的组分大多数局限于有机材料,而一些纳米无机材料的加入,形成有机-无机型 LIPN,将良好的磁性、电性和光学性能、生物性能与 LIPN结合起来,给LIPN未来的应用和发展带来更大的想象空间[44]

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阳红军,王锋,胡剑青,涂伟萍
《化工进展》 2018年第05期
《化工进展》2018年第05期文献
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