有机硅改性水性丙烯酸酯乳液的合成及其应用研究

摘要

水性丙烯酸酯涂料具有优良的成膜性和粘结性能,但其耐水性、耐候性等不足限制了它的广泛应用,有机硅树脂具有很多优点,它有很优异的耐候性以及具有低表面张力,但由于有机硅树脂成本高,而且固化温度高,时间长,难以进行大面积施工,温度较高使附着力及成膜性能降低,直接用于涂料的成膜物受到限制。对丙烯酸酯进行有机硅改性,能极大地提高它的使用性能。
　　 本文对乳液聚合的机理、丙烯酸酯乳液聚合的几种新方法进行了简要的介绍,对国内外的硅丙乳液的研究也进行了总结,在此基础上确定了以不饱和有机硅单体改性丙烯酸乳液的技术路线。
　　 本文合成的硅丙树脂采用的方法是半连续法。通过固含量、粘度、吸水率、稳定性、单体转化率及乳胶粒粒径等基本性能的测试,研究了乳化剂用量及配比、引发剂的选择及用量、反应温度、KH-570用量等因素对聚合反应的影响。通过一系列的实验,详细探讨了各个因素对产物的物理性能的影响。通过正交实验对配方进行了优化,制备了一系列有机硅改性丙烯酸酯复合乳液。利用红外光谱、热失重分析、透射电镜及接触角测量等手段对聚合产物的化学结构进行了表征,对聚合物的物理化学性能进行了测定。结果表明:乳液粒径随着引发剂和乳化剂用量的增加而减小,随着温度的升高,聚合反应速率越来越大,当聚合温度为75℃时,反应进行150min转化率达到89%,温度继续升高,转化率变化不大。因此75℃为最佳反应温度。粒径在120nm左右的乳液,粒径分布均匀,具有较好的稳定性;丙烯酸酯涂膜在412℃达到最大分解速度;红外光谱显示出丙烯酸类单体参与了聚合反应。采用正交实验对硅丙乳液合成的配方进行了研究,确定了各个物料最佳的最佳用量及最佳反应条件。合成的乳液粒径分布交均匀。具有较好的热稳定性。当硅含量不超过5%时,乳液比较稳定。随着硅含量的增加,接触角增大很缓慢,但随着硅含量继续增大,接触角趋于平缓,即使增加硅含量,表面硅含量基本不会增加。正交实验表明:最佳配方为KH-570质量分数为5%,引发剂质量分数为0.55%,聚合温度75℃,乳化剂质量分数为3%。TG曲线显示硅改性的丙烯酸酯较未改性的丙烯酸酯有更好的耐热性。红外光谱图显示出单体参加了聚合反应。研究了对比颜料体积浓度对涂料的耐洗刷性能的影响。结果表明涂料耐洗刷性与颜料体积浓度有明显的关系,在入从0.2增大到1时,涂料耐洗刷次数从8300显著降到2000,在入从1增大到1.6时,耐洗刷次数下降从2000到1600,耐洗刷次数下降较为平缓。