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有机氟硅改性丙烯酸酯乳液的制备及性能研究

作　者: 王宏超
导　师: 李玉峰
学　校: 齐齐哈尔大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 有机硅有机氟丙烯酸酯乳液聚合氟硅丙乳液
分类号: TQ630.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

乳液是水性涂料中最重要的成膜物质，乳液的好坏决定了涂料性能的优劣。本文对耐水性、耐高低温性优异的有机硅改性丙烯酸酯乳液(硅丙乳液)和有机氟硅改性丙烯酸酯乳液(氟硅丙乳液)进行了较为深入的研究。首先，以有机硅单体、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)及甲基丙烯酸(MAA)为原料，通过预乳化半连续聚合法制备了硅丙乳液。确定了硅丙乳液制备的最佳反应条件：选择乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)为有机硅功能单体；反应温度78℃；恒温时间1.5h；硅单体用量3.0%(占总单体质量分数)；乳化剂用量4.0%(占总单体质量分数)；引发剂用量0.4%(占总单体质量分数)；缓冲剂用量0.5%(占总单体质量分数)。制得的最佳硅丙乳液的凝聚率为1.05%；转化率为90.01%；涂膜后吸水率为1.65%，接触角为90.24°。对乳液及其乳胶膜进行了透射电子显微镜表征(TEM表征)、粒径分析、傅立叶红外变换光谱分析(FT-IR分析)、扫描电子显微镜表征(SEM表征)、热稳定性分析(TGA)、X射线光电子能谱分析(XPS)等测试与表征，硅丙乳液在成膜过程中自分层，使硅丙乳胶膜附着力、耐水性和耐高低温性相比丙烯酸酯乳液(纯丙乳液)有显著提高。其次，以有机氟和有机硅为功能单体，采用预乳化种子乳液聚合法，制备氟硅丙乳液。探讨了连续加料法、分批加料法和半连续加料法三种加料方法对氟硅丙乳液聚合的影响；测试了氟硅丙乳液的固含量、转化率、凝聚率、TEM、粒径分析、机械稳定性、成膜性等性能；并表征和测试了氟硅丙乳胶膜的接触角、吸水率、FT-IR、TG、SEM和XPS。确定采用半连续加料法；滴加时间1.5h；甲基丙烯酸十二氟庚酯(MF-12)为有机氟单体，用量为10%(占总单体质量分数)；A-171为有机硅单体，用量为5%(占总单体质量分数)；软单体量:硬单体量为3:2；乳化剂量3.0%(占总单体质量分数)，OP-10:DNS-86为1:2；引发剂量0.3%(占总单体质量分数)；加料时间1.5h。乳液的凝聚率为0，转化率为95.63%。粒径分析和TEM照片表明氟硅丙乳胶粒子粒径分布窄，集中在110nm，并呈现类似核壳的结构。SEM表明氟硅丙乳液成膜后均匀连续，无缩边、缩孔现象。XPS分析表明膜-空气界面氟、硅原子的含量比膜-玻璃界面的氟、硅原子含量高，且均高于氟、硅原子含量的理论值，即氟硅丙乳液在成膜过程中，氟、硅链段协同向膜界面迁移，产生乳胶膜的自分层现象。低表面能的氟、硅链段的这种自分层，使乳胶膜的接触角(106.51°)增大，吸水率(2.50%)降低。将制备的氟硅丙乳液与硅丙、纯丙乳液对比，氟硅丙乳液的高温贮存稳定性(7d)和冻融稳定性(5d)均有所提高。TGA表明加入有机硅和有机氟后，使氟硅丙乳胶膜的热稳定性比纯丙乳液高110℃。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-13
1 绪论  13-28
  1.1 水性涂料  13-15
    1.1.1 水性涂料的应用  14
    1.1.2 乳液涂料的发展历程  14-15
  1.2 乳液聚合  15-16
  1.3 丙烯酸酯乳液  16-17
  1.4 有机硅改性丙烯酸酯乳液  17-21
    1.4.1 有机硅改性丙烯酸酯乳液的方法  17-19
    1.4.2 有机硅改性丙烯酸酯乳液的性能  19-20
    1.4.3 有机硅改性丙烯酸酯乳液的应用  20-21
  1.5 有机氟改性丙烯酸酯乳液  21-24
    1.5.1 有机氟改性丙烯酸酯乳液的方法  21
    1.5.2 有机氟改性丙烯酸酯乳液的性能  21-22
    1.5.3 有机氟改性丙烯酸酯乳液的应用  22-23
    1.5.4 有机氟改性丙烯酸酯乳胶膜的自分层  23-24
  1.6 有机氟硅改性丙烯酸酯乳液  24-26
    1.6.1 有机氟硅改性丙烯酸酯乳液的方法  24
    1.6.2 有机氟硅改性丙烯酸酯乳液的性能  24-25
    1.6.3 有机氟硅改性丙烯酸酯乳胶膜的自分层  25-26
  1.7 本文研究内容  26-28
    1.7.1 本文选题立论目的及意义  26
    1.7.2 本文主要研究内容  26-28
2 有机硅改性丙烯酸酯乳液的制备及性能研究  28-47
  2.1 硅丙乳液的制备  28-30
    2.1.1 实验原料及设备  28-29
    2.1.2 预乳化液的制备  29
    2.1.3 硅丙乳液的制备  29-30
  2.2 硅丙乳液的测试与表征  30-31
    2.2.1 固含量的测定  30
    2.2.2 单体转化率的测定  30
    2.2.3 凝聚率的测定  30
    2.2.4 透射电子显微镜表征(TEM 表征)  30
    2.2.5 粒径分析  30-31
    2.2.6 稀释稳定性的测定  31
    2.2.7 机械稳定性的测定  31
    2.2.8 化学稳定性的测定  31
    2.2.9 冻融稳定性的测定  31
    2.2.10 高温贮存稳定性的测定  31
    2.2.11 乳液成膜性能测定  31
  2.3 硅丙乳胶膜的测试与表征  31-33
    2.3.1 附着力  31-32
    2.3.2 接触角的测定  32
    2.3.3 耐水性的测定  32
    2.3.4 铅笔硬度的测定  32
    2.3.5 柔韧性的测定  32
    2.3.6 漆膜抗冲击性的测定  32
    2.3.7 傅立叶红外变换光谱分析(FT-IR 分析)  32-33
    2.3.8 扫描电子显微镜表征(SEM 表征)  33
    2.3.9 X 射线光电子能谱分析(XPS)  33
    2.3.10 热失重分析(TGA)  33
  2.4 结果与讨论  33-45
    2.4.1 有机硅单体的选择  33-34
    2.4.2 有机硅单体量的确定  34-35
    2.4.3 乳化剂量的确定  35-37
    2.4.4 聚合温度的确定  37
    2.4.5 恒温时间的确定  37-38
    2.4.6 缓冲剂量的确定  38-39
    2.4.7 引发剂量的确定  39-40
    2.4.8 TEM 表征  40
    2.4.9 粒径分析  40-41
    2.4.10 SEM 表征  41-42
    2.4.11 FT-IR 分析  42
    2.4.12 XPS 分析  42-44
    2.4.13 乳液及其涂膜性能比较  44-45
    2.4.14 TG 分析  45
  2.5 本章小结  45-47
3 有机氟硅改性丙烯酸酯乳液的制备及性能研究  47-69
  3.1 有机氟硅改性丙烯酸酯乳液的制备  47-50
    3.1.1 实验原料及设备  47-49
    3.1.2 预乳化液的制备  49
    3.1.3 种子乳液的制备  49
    3.1.4 有机氟硅改性丙烯酸酯乳液的制备  49-50
  3.2 有机氟硅改性丙烯酸酯乳液的测试与表征  50-51
    3.2.1 固含量的测定  50
    3.2.2 单体转化率的测定  50
    3.2.3 凝聚率的测定  50
    3.2.4 TEM 表征  50
    3.2.5 粒径分析  50
    3.2.6 稀释稳定性的测定  50
    3.2.7 机械稳定性的测定  50
    3.2.8 Ca2+稳定性的测定  50
    3.2.9 冻融稳定性的测定  50
    3.2.10 高温贮存稳定性的测定  50
    3.2.11 乳液成膜性的测定  50-51
  3.3 有机氟硅改性丙烯酸酯乳胶膜的测试与表征  51-52
    3.3.1 附着力的测定  51
    3.3.2 接触角的测定  51
    3.3.3 吸水率的测定  51-52
    3.3.4 铅笔硬度的测定  52
    3.3.5 弯曲测试的测定  52
    3.3.6 漆膜抗冲击性的测定  52
    3.3.8 傅立叶红外变换光谱分析(FT-IR 分析)  52
    3.3.7 SEM 表征  52
    3.3.9 XPS 分析  52
    3.3.10 TG 分析  52
  3.4 结果与讨论  52-68
    3.4.1 加料方式的选择  52-53
    3.4.2 硬软单体配比的确定  53-54
    3.4.3 有机氟单体的选择  54
    3.4.4 有机氟单体量的确定  54-55
    3.4.5 有机硅单体的选择  55
    3.4.6 有机硅单体量的确定  55-56
    3.4.7 引发剂的选择  56
    3.4.8 引发剂用量的确定  56-58
    3.4.9 乳化剂用量的确定  58-59
    3.4.10 乳化剂配比的确定  59-60
    3.4.11 滴加时间的确定  60-61
    3.4.12 FT-IR 分析  61-62
    3.4.13 粒径分析  62
    3.4.14 TEM 表征  62-63
    3.4.15 SEM 表征  63-64
    3.4.16 XPS 分析  64-66
    3.4.17 乳液及其乳胶膜性能比较  66-67
    3.4.18 TG 分析  67-68
  3.5 本章小结  68-69
结论  69-71
参考文献  71-77
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  77
攻读硕士学位期间所参与项目  77
攻读硕士学位期间所获奖励  77-78
致谢  78-79

有机氟硅改性丙烯酸酯乳液的制备及性能研究

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