毕业论文--------纳米二氧化硅塑料涂料的研制.doc

1、0Error! Error! Error! Error! Error! Error! Error! Error! Error! Error! Error! Error! Error! Error! Error!-（Error! Error! Error! Error!）Error!：Error!Error! Error!：Error! Error! Error! Error!Error! Error!：Error! Error!081Error!：；2011 年 4 月 1 日摘要采用核壳乳液聚合工艺和功能单体对乳液进行改性，制备了具有核壳结构的苯丙乳液，1与纳米二氧化硅复合，得到高性能的水性

2、纳米复合塑料涂料。介绍其涂膜硬度达到 3H 以上，耐热在 100沸水中不回粘，耐水性好、丰满度高的特点。关键词：水性塑料涂料；纳米二氧化硅；核壳乳液聚合SummaryAdopt core-shell emulsion polymerization process and functional monomer, preparation of emulsion modified with the core/shell structure and styrene-acrylic latex with nano-silica compound, get high performance of wate

3、rborne nano plastic coating. Introduced the coating hardness of 3H, heat-resistant in 100 above in boiling water not return sticky, good water resistance, chubbiness high characteristic.Keywords: water-borne plastic coatings; Nano-silica; Core-shell emulsion polymerization目录前言32一.实验部分.3一）试剂.3二)苯丙核壳乳

4、液的合成3二结果与讨论4一）乳化体系的影响.4二) 偶联剂对乳液性能的影响5三)纳米组分用量对涂料性能的影响.6三.总结.7致谢7参考文献.7前言涂料工业是严重的污染源之一，全世界因生产溶剂型涂料每年排放到大气中的有机溶剂约 1000 万 t 。随着人类对环保及能源的重视，世界各国相继对涂料 VOC 严格控制，促3进了水性涂料的发展 1-2。本文采用核壳乳液聚合工艺研制了一种硬度高、耐热性强、不回粘、丰满度高和耐水、耐醇性好的水性塑料涂料。该涂料在低温烘烤下成膜，可应用于 ABS、PVC 等常规塑料器件上。一.实验部分一）试剂丙烯酸酯类、苯乙烯和甲基丙烯酸等单体，化学纯工业品；双丙酮丙烯酰胺(

5、DAAM)和己二酸二酰肼，进口工业品；偶联剂 KH 一 550 和 KH 一 570，丹阳市晨光偶联剂有限公司工业品。二）苯丙核壳乳液的合成(1)预乳化：将蒸馏水加到三口烧瓶中，加入乳化剂，在高转速下搅拌一段时间，加入单体，充分搅拌后即得预乳液；(2)种子乳液聚合：将装有搅拌器、回流冷凝等的四口瓶置于装有控温装置的水浴中，加入蒸 馏水、乳化剂、部分预乳液、碳酸氢钠，恒温水浴加热搅拌下使其充分溶解，升温到80，将搅拌调到较低转速，加入部分引发剂，待乳液呈蓝相后，开始滴加单体；(3)壳聚合：在 80下，向上述乳液中滴加预乳化的壳单体、剩余引发剂和功能单体，严格控制各个量的速度和时间，反应温度保持恒

6、定；加料完毕后，体系升温到 88左右，保温0.5h，然后降温到 68，加入叔丁基过氧化氢和亚硫酸钠，反应 lh；最后降温到 40，加氨水调 pH 值，出料过滤。(4)塑料涂料的配制：在搅拌下向上述核壳乳液中加入纳米二氧化硅分散体、润湿分散剂、消泡剂等助剂，高速搅拌 lh，然后用氨水调节 pH 至 885，搅拌 05h，过滤后即得到水性纳米复合塑料涂料。涂膜常温干燥或低温烘烤，测定其性能。性能指标见表 1。表 1 水性纳米塑料涂料性能指标检测项目 测试结果外观 乳白色、呈蓝光4固含量/% 49.2黏度/（mPa.s ） 560硬度 3H耐水性/d 30耐热性（沸水） 不回粘残渣量/g 0.3表干

7、时间/min 12固化时间/h 24储存稳定性（12 个月） 良好附着力/% 100二.结果与讨论一）乳化体系的影响在其它条件一定时，乳化剂的类型和用量是影响乳液聚合稳定性、聚合反应速率、乳液黏度、粒径、涂膜力学性能及耐水性等的重要因素。乳化剂使单体在水相介质中分散成微小的单体珠滴、提供引发聚合反应的场所，使聚合反应后形成稳定乳胶粒子。非离子乳化剂增加乳液的化学稳定性，但对聚合反应速度有一定的影响，单独使用易出现沉淀和凝块；阴离子乳化剂能使聚合物的表面带负电荷，使聚合物相互排斥，降低粒径，提高其分散稳定性和增加乳液黏度，单独使用化学稳定性较差。因此将非离子型乳化剂和阴离子乳化剂复合使用，可以获

8、得较好的乳化效果。试验中选用了复合乳化体系，其研究结果如表2 所示。表 2 乳化剂 2A-IoP-lOOS 用量对乳液性能的影响复合乳化剂的总用量（w）/%检测项目2.2 3 3.2 3.8 4残渣量/g 2 1.6 1.2 1.1 1.2黏度（mPa.s） 125 250 600 980 1475固含量/% 46.2 47.4 48.5 47.8 46.65变蓝时间/min 40 38 36 36 35乳液外观 浅蓝光 浅蓝光 浅蓝光 浅蓝光 浅蓝光由表 2 可以看出，乳化剂用量对乳液的黏度、残渣量、外观都有一定的影响。随着乳化剂用量的增加，乳液的残渣量逐渐减少，而乳液黏度单调变大，变蓝时间

9、缩短。这是因为复合乳化剂用量增大时，体系生成的胶束数目增多，引发和反应速度加快，变蓝时间缩短，说明乳液生成合适的种核，乳胶粒子数目增多、残渣量变少、固含量增大、乳液的粒径变大、粒子的比表面积增、体系的黏度增大。当乳液用量超过临界胶束浓度时，过多的乳化剂已不起作用，反而会增加涂膜的吸水率，因此，乳化剂用量以单体总量的 38为好。二）偶联剂对乳液性能的影响硅烷偶联剂是一类分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，可用YSiX，通式表示。式中 Y 为非水解基团，包括 NH， 、SH 、NH 、NCO 等官能团；X 为可水解基团，包括 OMe、OEt 等。Y 中所带的官能团容易和有机聚合物中的

10、官能团，如OH、NH， 、SH 、COOH、NCO 等反应，从而使硅烷和有机聚合物连接；当硅官能团水解时，贝 JSiX 转化成 Si 一 0H，并生 HX。SiOH 即可与基料中的-COOH 、一 OH 或与基材表面形成键合作用，增加涂料的交联密度，增强附着力，提高涂料耐水性和硬度。硅烷偶联剂对涂料性能的提高与其种类及用量、塑料基材的特性以及应用的场合、条件等有关，是利用烷基偶联剂 KH550 和 KH570 对涂料进行改性，达到改善涂料的耐水性和提高附着力的目的。烷基偶联剂 KH550 和 KH570 对乳液耐水性的影响见表 5、表 6。表 5 硅烷基偶联剂 KH-550 对乳液耐水性的影响

11、检测KH550 用量（w）/%检测项目0 1 2 3耐水性/d 0.5 30 30 20附着力/% 90 98 100 100表 6 硅烷基偶联剂 KH-570 对乳液耐水性的影响检测检测项目 KH570 用量（w）/%60 1 2 3耐水性/d 0.5 10 8 5附着力/% 90 94 98 100由表 5、表 6 的结果表明：随着硅烷基偶联剂用的增加，乳液耐水性先变好后又变差，硅烷基偶联 KH 一 550 比硅烷基偶联剂 KH 一 570 的效果要好，因此，选取硅烷基偶联剂KH 一 550，其用量为 12。三）纳米组分用量对涂料性能的影响热塑性水性塑料涂料交联不足决定了其硬度不高，因此，

12、水性塑料涂料硬度和耐醇性也成为其应用中的障碍。在水性塑料涂料中引入纳米二氧化硅，利用纳米二氧化硅的表面活性羟基与涂料基料中的功能端基反应，形成交联网络结构，以期达到提高硬度和耐醇性的目的。纳米组分用量对塑料涂料性能的影响见表 7。表 7 纳米组分用量对塑料涂料性能的影响纳米组分用量（w）/%检测项目0 1 2 3硬度 2H 3H 3H 3H耐乙醇擦洗/次 50 120 160 200耐温性能/ 70 80 100 110由表 7 可以看出，加入 l以上的纳米二氧化硅塑料涂料的硬度和耐醇性提高最大，硬度达到了；加入 3的二氧化硅时，性能达到最佳。这是由纳米二氧化硅表面大量活性羟基与涂料基料中的能

13、端基反应，形成交联网络结构，增加涂料的交联度，提高了涂料的综合性能。三.总结7除了上诉几种影响因素以外，还有些影响因素，比如功能单体的影响，引发体系的影响，交联单体对乳液的影响等等。采用核壳乳液聚合工艺和氧化还原分段引发相结合的引发体系，选择合适的缓冲剂和复合乳化剂，加入功能单体 MAA、HM、交联单体 DMMA 和硅烷偶联剂参与共聚，合成了具有核壳结构的苯丙乳液。通过配方设计、工艺选择，引入纳米二氧化硅、交联剂和偶联剂对乳液性能进行改性，制得硬度在 3H 以上、耐热 120不回粘、耐醇性能好的水性纳米复合塑料涂料。致谢感谢这三年陪我一起成长的老师,同学还有朋友们.希望以后的将来我们还能一起奋斗.祝:大家工作顺利,幸福安康.参考文献：1. 刘杰凤，吴跃焕，杨卓如木器漆用苯丙微乳液的研制化学建材，2003(4)：5-72. 胡智华，钱宇，江燕斌功能性单体制备丙烯酸酯乳液聚合稳定性研究涂料工业，2003(6)：14183. 李兴明水性木器漆中国涂料，2004(2) ：30314. 张径，杨玉昆以二氧化硅纳米离子为种子的甲基丙烯酸甲酯乳液聚合化学与粘合，2001(1)：1-7