有机硅氟/环氧改性丙烯酸乳液和涂层的制备及性能研究

摘要

环境污染越来越严重，人类各种疾病频发，使得人们越来越重视环保和健康问题，大力提倡环境友好型涂料已是刻不容缓。水性涂料作为一种重要的环境友好型涂料，不仅含有非常低的挥发性有机化合物（VOC），而且拥有绿色环保、安全无害、节约资源和能源等优点，将会逐渐替代溶剂型涂料。水性丙烯酸涂料既有溶剂型丙烯酸的优良特性，又符合安全环保的要求，具有十分广阔的发展前景。然而丙烯酸涂膜在高温下发粘、低温下变脆，耐水性、耐碱性和耐候性较差，其广泛应用受到了一定的制约，对丙烯酸改性已经变成了一项热门研究。本文用E-44型环氧树脂（E-44）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）和甲基丙烯酸十二氟庚酯（DFMA）对丙烯酸进行复合改性，得到了含硅氟的水性环氧丙烯酸乳液（FSiWEA），再加入微纳SiO2复合粒子，成功地制备了SiO2/FSiWEA杂化涂层，主要内容包括： 首先采用乳液聚合的方法合成了水性环氧丙烯酸乳液（WEA），研究了各反应物质的含量对乳液或者涂膜性能的影响。结果表明当过硫酸铵（APS）为反应单体总质量的0.8%、乳化剂为3.5%、碳酸氢钠（NaHCO3）为0.55%、甲基丙烯酸（MAA）为3%、E-44为10%时，制得的WEA乳液和涂膜性能最佳。 在上面最佳配方的基础上，先后引入MPS和DFMA，采用预乳化种子乳液聚合方法合成了FSiWEA乳液，并研究了MPS和DFMA的含量对乳液和涂膜性能的影响。发现当单体中MPS占5%、DFMA占10%时，乳液固含量为33.73%，单体转化率为98.33%，凝胶率为0.39%，乳液稳定性都通过了测试，乳胶粒平均粒径约为115nm，涂膜吸水率为9.49%，涂膜耐水性、耐酸碱盐性良好，铅笔硬度和附着力分别达到了3H和1级，接触角增加到了74°，但是仍为亲水性。 采用溶胶凝胶法合成了不同尺寸的SiO2，通过3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）改性，得到了表面氨基改性的微纳SiO2复合粒子，再将微纳SiO2复合粒子加入到FSiWEA乳液中，混合均匀后提拉成膜得到了SiO2/FSiWEA杂化涂层。结果发现当微纳SiO2复合粒子与FSiWEA乳液中聚合物含量的比为1∶1时，涂层性能良好且接触角增大到149°，接近了超疏水效果。再提高微纳SiO2复合粒子的含量，虽然涂层接触角会增大，但是涂层性能变差。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 丙烯酸树脂概况

1.2.1 丙烯酸树脂的发展

1.2.2 丙烯酸树脂的应用

1.3 丙烯酸涂料的改性研究

1.3.1 环氧树脂改性丙烯酸

1.3.2 聚氨酯改性丙烯酸

1.3.3 有机硅改性丙烯酸

1.3.4 有机氟的改性丙烯酸

1.3.5 纳米材料的改性丙烯酸

1.4 丙烯酸超疏水涂层研究

1.4.1 丙烯酸超疏水涂层的制备

1.4.2 丙烯酸超疏水涂层的应用

1.5 本文研究意义与内容

1.5.1 研究意义

1.5.2 研究内容

第2章 环氧树脂改性丙烯酸乳液的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要实验试剂及测试仪器

2.2.2 WEA乳液的合成

2.2.3 WEA涂膜的制备

2.3 测试与表征

2.3.1 乳液性能测试

2.3.2 涂膜性能测试

2.3.3 涂膜红外光谱测试

2.3.4 粒度分析

2.4 结果与分析

2.4.1 正交实验设计

2.4.2 引发剂含量对乳液聚合的影响

2.4.3 乳化剂含量对乳液聚合的影响

2.4.4 甲基丙烯酸含量对乳液聚合的影响

2.4.5 电解质含量对乳液聚合的影响

2.4.6 环氧树脂含量对乳液聚合的影响

2.4.7 涂膜的红外光谱

2.4.8 乳液的粒径分析

2.5 本章小结

第3章 有机硅氟改性环氧丙烯酸乳液的制备

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要实验原料及试剂

3.2.2 实验主要设备及仪器

3.2.3 FSiWEA乳液的合成

3.2.4 FSiWEA涂膜的制备

3.3 测试与表征

3.3.1 乳液性能测试

3.3.2 涂膜性能测试

3.3.3 涂膜红外光谱测试

3.3.4 粒度分析

3.3.5 热重分析

3.3.6 水接触角测试

3.4 结果与讨论

3.4.1 MPS含量对乳液聚合的影响

3.4.2 DFMA含量对乳液聚合的影响

3.4.3 不同乳液和涂膜性能

3.4.4 涂膜的红外光谱分析

3.4.5 乳胶粒的粒径分析

3.4.6 涂膜热重分析

3.4.7 涂膜接触角分析

3.5 本章小结

第4章 SiO2/FSiWEA杂化涂层的制备与研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料和试剂

4.2.2 实验仪器与设备

4.2.3 SiO2的制备

4.2.4 SiO2/FSiWEA杂化涂层的制备

4.3 性能测试与表征

4.3.1 红外光谱测试

4.3.2 粒度分析

4.3.3 透射电镜分析

4.3.4 扫描电镜分析

4.3.5 热重分析

4.3.6 水接触角测试

4.4 结果与分析

4.4.1 SiO2合成原理

4.4.2 SiO2的粒度分析

4.4.3 SiO2复合粒子的形态

4.4.4 超疏水涂层接触角分析

4.4.5 涂层微观形貌分析

4.4.6 超疏水涂层的热重分析

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录：研究生期间发表论文