論納米二氧化硅塑料涂料的研制

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　納米二氧化硅水性塑料涂料的研制</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　采用核殼乳液聚合工藝和功能單體對乳液進行改性，制備了具有核／殼結(jié)構(gòu)的苯丙乳液，與納米二氧化硅復(fù)合，得到高性能的水性納米復(fù)合塑料涂料。介紹其涂膜硬度達到3H以上，耐

2、熱在100℃沸水中不回粘，耐水性好、豐滿度高的特點。</p><p>　　關(guān)鍵詞：水性塑料涂料；納米二氧化硅；核殼乳液聚合</p><p><b>　　Summary</b></p><p>　　Adopt core-shell emulsion polymerization process and functional monomer, pr

3、eparation of emulsion modified with the core/shell structure and styrene-acrylic latex with nano-silica compound, get high performance of waterborne nano plastic coating. Introduced the coating hardness of 3H, heat-resis

4、tant in 100 ℃ above in boiling water not return sticky, good water resistance, chubbiness high characteristic.</p><p>　　Keywords: water-borne plastic coatings; Nano-silica; Core-shell emulsion polymerization

5、</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言…………………………………………………………………3</p><p>　　一.實驗部分………………………………………………………...3</p><p>　　一）試劑…………………………………………………………………..3</p><

6、p>　　二)苯丙核殼乳液的合成………………………………………………3</p><p>　　二結(jié)果與討論………………………………………………………4</p><p>　　一）乳化體系的影響…………………………………………………….4</p><p>　　二) 偶聯(lián)劑對乳液性能的影響………………………………………………5</p><p>　

7、　三)納米組分用量對涂料性能的影響……...……………………………6</p><p>　　三.總結(jié)…………...…………………………………………………7</p><p>　　致謝………………………………………………………………………7</p><p>　　參考文獻…………………………..………………………………..7</p><p><

8、b>　　前言</b></p><p>　　涂料工業(yè)是嚴(yán)重的污染源之一，全世界因生產(chǎn)溶劑型涂料每年排放到大氣中的有機溶劑約1000萬t 。隨著人類對環(huán)保及能源的重視，世界各國相繼對涂料VOC嚴(yán)格控制，促進了水性涂料的發(fā)展[1-2]。</p><p>　　本文采用核殼乳液聚合工藝研制了一種硬度高、耐熱性強、不回粘、豐滿度高和耐水、耐醇性好的水性塑料涂料。該涂料在低溫烘烤下成膜

9、，可應(yīng)用于ABS、PVC等常規(guī)塑料器件上。</p><p><b>　　一.實驗部分</b></p><p><b>　　一）試劑</b></p><p>　　丙烯酸酯類、苯乙烯和甲基丙烯酸等單體，化學(xué)純工業(yè)品；雙丙酮丙烯酰胺(DAAM)和己二酸二酰肼，進口工業(yè)品；偶聯(lián)劑KH一550和KH一570，丹陽市晨光偶聯(lián)劑有限公司

10、工業(yè)品。</p><p>　　二）苯丙核殼乳液的合成</p><p>　　(1)預(yù)乳化：將蒸餾水加到三口燒瓶中，加入乳化劑，在高轉(zhuǎn)速下攪拌一段時間，加入單體，充分?jǐn)嚢韬蠹吹妙A(yù)乳液；</p><p>　　(2)種子乳液聚合：將裝有攪拌器、回流冷凝等的四口瓶置于裝有控溫裝置的水浴中，加入蒸 餾水、乳化劑、部分預(yù)乳液、碳酸氫鈉，恒溫水浴加熱攪拌下使其充分溶解，升溫到80℃

11、，將攪拌調(diào)到較低轉(zhuǎn)速，加入部分引發(fā)劑，待乳液呈藍(lán)相后，開始滴加單體；</p><p>　　(3)殼聚合：在80℃下，向上述乳液中滴加預(yù)乳化的殼單體、剩余引發(fā)劑和功能單體，嚴(yán)格控制各個量的速度和時間，反應(yīng)溫度保持恒定；加料完畢后，體系升溫到88℃左右，保溫0.5h，然后降溫到68℃，加入叔丁基過氧化氫和亞硫酸鈉，反應(yīng)lh；最后降溫到40℃，加氨水調(diào)pH值，出料過濾。</p><p>　　(4

12、)塑料涂料的配制：在攪拌下向上述核殼乳液中加入納米二氧化硅分散體、潤濕分散劑、消泡劑等助劑，高速攪拌lh，然后用氨水調(diào)節(jié)pH至8～8．5，攪拌0．5h，過濾后即得到水性納米復(fù)合塑料涂料。涂膜常溫干燥或低溫烘烤，測定其性能。性能指標(biāo)見表1。</p><p>　　表1 水性納米塑料涂料性能指標(biāo)</p><p><b>　　二.結(jié)果與討論</b></p>&

13、lt;p><b>　　一）乳化體系的影響</b></p><p>　　在其它條件一定時，乳化劑的類型和用量是影響乳液聚合穩(wěn)定性、聚合反應(yīng)速率、乳液黏度、粒徑、涂膜力學(xué)性能及耐水性等的重要因素。乳化劑使單體在水相介質(zhì)中分散成微小的單體珠滴、提供引發(fā)聚合反應(yīng)的場所，使聚合反應(yīng)后形成穩(wěn)定乳膠粒子。非離子乳化劑增加乳液的化學(xué)穩(wěn)定性，但對聚合反應(yīng)速度有一定的影響，單獨使用易出現(xiàn)沉淀和凝塊；陰離子

14、乳化劑能使聚合物的表面帶負(fù)電荷，使聚合物相互排斥，降低粒徑，提高其分散穩(wěn)定性和增加乳液黏度，單獨使用化學(xué)穩(wěn)定性較差。因此將非離子型乳化劑和陰離子乳化劑復(fù)合使用，可以獲得較好的乳化效果。試驗中選用了復(fù)合乳化體系，其研究結(jié)果如表2所示。</p><p>　　由表2可以看出，乳化劑用量對乳液的黏度、殘渣量、外觀都有一定的影響。隨著乳化劑用量的增加，乳液的殘渣量逐漸減少，而乳液黏度單調(diào)變大，變藍(lán)時間縮短。這是因為復(fù)合乳化

15、劑用量增大時，體系生成的膠束數(shù)目增多，引發(fā)和反應(yīng)速度加快，變藍(lán)時間縮短，說明乳液生成合適的種核，乳膠粒子數(shù)目增多、殘渣量變少、固含量增大、乳液的粒徑變大、粒子的比表面積增、體系的黏度增大。</p><p>　　當(dāng)乳液用量超過臨界膠束濃度時，過多的乳化劑已不起作用，反而會增加涂膜的吸水率，因此，乳化劑用量以單體總量的3．8％為好。</p><p>　　二）偶聯(lián)劑對乳液性能的影響</p&

16、gt;<p>　　硅烷偶聯(lián)劑是一類分子中同時含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團的有機硅化合物，可用YSiX，通式表示。式中Y為非水解基團，包括NH，、SH、NH、NCO等官能團；X為可水解基團，包括OMe、OEt等。Y中所帶的官能團容易和有機聚合物中的官能團，如OH、NH，、SH、COOH、NCO等反應(yīng)，從而使硅烷和有機聚合物連接；當(dāng)硅官能團水解時，貝J]Si—X轉(zhuǎn)化成Si一0H，并生HX。Si～OH即可與基料中的-COOH、一OH

17、或與基材表面形成鍵合作用，增加涂料的交聯(lián)密度，增強附著力，提高涂料耐水性和硬度。硅烷偶聯(lián)劑對涂料性能的提高與其種類及用量、塑料基材的特性以及應(yīng)用的場合、條件等有關(guān)，是利用烷基偶聯(lián)劑KH550和KH570對涂料進行改性，達到改善涂料的耐水性和提高附著力的目的。烷基偶聯(lián)劑KH550和KH570對乳液耐水性的影響見表5、表6。</p><p>　　由表5、表6的結(jié)果表明：隨著硅烷基偶聯(lián)劑用的增加，乳液耐水性先變好后又變

18、差，硅烷基偶聯(lián)KH一550比硅烷基偶聯(lián)劑KH一570的效果要好，因此，選取硅烷基偶聯(lián)劑KH一550，其用量為1％～2％。</p><p>　　三）納米組分用量對涂料性能的影響</p><p>　　熱塑性水性塑料涂料交聯(lián)不足決定了其硬度不高，因此，水性塑料涂料硬度和耐醇性也成為其應(yīng)用中的障礙。在水性塑料涂料中引入納米二氧化硅，利用納米二氧化硅的表面活性羥基與涂料基料中的功能端基反應(yīng)，形成交聯(lián)

19、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以期達到提高硬度和耐醇性的目的。納米組分用量對塑料涂料性能的影響見表7。</p><p>　　由表7可以看出，加入l％以上的納米二氧化硅塑料涂料的硬度和耐醇性提高最大，硬度達到了；加入3％的二氧化硅時，性能達到最佳。這是由納米二氧化硅表面大量活性羥基與涂料基料中的能端基反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加涂料的交聯(lián)度，提高了涂料的綜合性能。</p><p><b>　　三.總結(jié)

20、</b></p><p>　　除了上訴幾種影響因素以外，還有些影響因素，比如功能單體的影響，引發(fā)體系的影響，交聯(lián)單體對乳液的影響等等。</p><p>　　采用核殼乳液聚合工藝和氧化還原分段引發(fā)相結(jié)合的引發(fā)體系，選擇合適的緩沖劑和復(fù)合乳化劑，加入功能單體MAA、HM、交聯(lián)單體DMMA和硅烷偶聯(lián)劑參與共聚，合成了具有核／殼結(jié)構(gòu)的苯丙乳液。通過配方設(shè)計、工藝選擇，引入納米二氧化硅、

21、交聯(lián)劑和偶聯(lián)劑對乳液性能進行改性，制得硬度在3H以上、耐熱120℃不回粘、耐醇性能好的水性納米復(fù)合塑料涂料。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　感謝這三年陪我一起成長的老師,同學(xué)還有朋友們.希望以后的將來我們還能一起奮斗.</p><p>　　祝:大家工作順利,幸福安康.</p><p>&l

22、t;b>　　參考文獻：</b></p><p>　　劉杰鳳，吳躍煥，楊卓如．木器漆用苯丙微乳液的研制．化學(xué)建材，2003(4)：5-7</p><p>　　胡智華，錢宇，江燕斌．功能性單體制備丙烯酸酯乳液聚合穩(wěn)定性研究．涂料工業(yè)，2003(6)：14—18</p><p>　　李興明．水性木器漆．中國涂料，2004(2)：30—31</p&g