有机硅改性苯丙乳液的合成及在涂料中的应用

摘要

苯丙乳液具有性价比高、成膜性好、粘附力强、耐氧化等优点，因而广泛应用于涂料、胶粘剂、皮革涂饰剂、造纸施胶剂和织物整理剂等领域。但其本身也有不可避免的缺点，如涂膜耐水性、耐候性较差，耐高低温性能和抗张强度也不能令人满意。通过加入可聚合的有机硅组分对苯丙乳液进行改性，可以提高其耐水性、耐候性，改善涂膜高温易发粘、低温易变脆的缺点，这对扩展苯丙乳液在工业上的应用具有重要的意义。然而，传统的有机硅改性方法通常存在使用的有机硅种类单一、对乳液综合性能的提升不明显等缺陷。
　　鉴于此，本文首先以八甲基环四硅氧烷(D4)、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(JH-A114)、四甲基二乙烯基二硅氧烷(MMvi)为原料通过阴离子开环聚合制得了两端含有乙烯基的氨基聚硅氧烷(Vi-APS-1)，再用官能团转化法转化为相应的乙烯基羧基聚硅氧烷(Vi-CAS-1)。然后以D4、JH-A114、四甲基四乙烯基环四硅氧烷(D4vi)、六甲基二硅氧烷(MM)为原料，利用同样的方法制得了另一种结构—侧链同时含有乙烯基和羧基的聚硅氧烷(Vi-CAS-2)。在此基础上，将Vi-CAS-1和Vi-CAS-2分别用于苯丙乳液和涂料印花粘合剂的改性。
　　(1)采用预乳化半连续种子乳液聚合法，将乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、Vi-CAS-1与苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)进行共聚，制得了双组分有机硅共改性苯丙(PVVSA)乳液。研究了引发剂用量、十二烷基硫酸钠(SDS)和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)的配比和用量、水解抑制剂丙二醇用量、有机硅组分VTES和Vi-CAS-1的用量对乳液聚合稳定性和乳液涂膜性能的影响。用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、动态激光散射粒度分析仪、Zeta电位分析仪、傅里叶红外(FTIR)光谱仪、差示扫描量热仪(DSC)、接触角测量仪(CA)及材料拉伸试验机对乳液和涂膜的性能进行了表征。研究表明:当APS用量为0.7％～0.9％（占总单体的质量分数，下同），SDS和AEO-9用量比为2∶1且总用量为3％～4％，丙二醇用量为04％～0.8％（占乳液的质量分数），VTES用量为6％～8％，Vi-CAS-1用量为3％～4％时，乳液聚合过程稳定且涂膜具有最佳的综合性能。最后，利用合成的PVVSA乳液配制了相应的涂料，讨论了PVVSA乳液的添加量，钛白粉用量对涂层性能的影响，确定其最佳值为:PVVSA乳液用量为65％，钛白粉用量为20％，其余为水和助剂。将配制的涂料与苯丙涂料进行了性能对比，结果表明:PVVSA涂料的耐水、耐酸碱性都有明显提高，耐冲击强度、硬度、附着力和柔韧性也有所加强。
　　(2)以Vi-CAS-2、St、丙烯酸乙酯(EA)、BA、丙烯腈(AN)、N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)、AA为共聚单体，采用半连续种子乳液聚合法制得了有机硅改性涂料印花粘合剂(PSMB)，并对其在印花涂层上的应用进行了研究。结果表明:当NMA用量为2.5％～3％（占总单体的质量分数，下同），Vi-CAS-2的羧基含量为0.4mmol/g～0.5mmol/g，平均分子量的大小为1500～2000，用量为5％时，乳液的聚合过程稳定且印花涂层的手感与耐摩擦牢度俱佳。印花工艺的最优工艺参数是:PSMB乳液用量为25％，焙烘温度为130℃，焙烘时间为3min。

目录

摘要

1 文献综述

1．1 引言

1．2 有机硅改性苯丙乳液的研究现状、出现的问题和解决方法

1．2．1 缩合法

1．2．2 硅氢加成法

1．2．3 自由基共聚法

1．3 乳液聚合新技术在有机硅改性苯丙乳液上的应用

1．3．1 核壳乳液聚合

1．3．2 细乳液聚合

1．4 课题提出的背景及主要研究内容

2 双组分有机硅共改性苯丙乳液的合成及性能

2．1 实验

2．1．1 试剂与仪器

2．1．2 Vi-CAS-1的制备

2．1．3 PVVSA乳液的制备

2．1．4 PVVSA涂料的配制

2．1．5 乳液性能的测试

2．1．6 涂膜性能的测定

2．1．7 PVVSA涂料的性能测试

2．2 结果与讨论

2．2．1 PVVSA乳液聚合工艺条件的确定

2．2．2 PVVSA乳液的主要物化性能指标

2．2．3 各步产物的红外光谱分析

2．2．4 PVVSA乳液的粒径分布和乳胶粒形貌

2．2．5 PVVSA乳液的乳胶粒Zeta电位

2．2．6 涂膜的表面元素分析

2．2．7 涂膜的DSC分析

2．2．8 PVVSA涂料的应用性能

2．3 小结

3 乙烯基羧基聚硅氧烷改性涂料印花粘合剂的制备

3．1 实验

3．1．1 试剂和仪器

3．1．2 Vi-CAS-2的制备

3．1．3 PSMB的制备

3．1．4 PSMB的应用性能

3．1．5 结构表征与性能测试

3．2 结果与讨论

3．2．1 NMA用量对乳液聚合稳定性和印花涂层性能的影响

3．2．2 Vi-CAS-2的羧基含量对乳液聚合稳定性的影响

3．2．3 Vi-CAS-2的平均分子量对乳液聚合稳定性和印花涂层性能的影响

3．2．4 Vi-CAS-2用量对乳液聚合稳定性和印花涂层性能的影响

3．2．5 各步产物的红外光谱分析

3．2．6 印花工艺对印花涂层性能的影响

3．3 小结

4 结论、创新点与工作展望

4．1 结论

4．2 创新点

4．3 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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