水性聚丙烯塑料涂料的制备及其阻隔性能研究

摘要

本课题中，首先采用十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)插层剂与钠基蒙脱土(Na-MMT)进行离子交换，制备得到了有机化蒙脱土(OMMT)；其次，利用制备得到的有机化蒙脱土，采用了单体预乳化法、半连续种子乳液聚合法成功制备出了蒙脱土改性丙烯酸乳液，并对其性能进行了详细表征；再次，在本文中，还采用溶液聚合法合成得到了丙烯酸改性氯化聚丙烯乳液，并针对其相关性能进行了测试表征；最后，将制备得到的蒙脱土改性丙烯酸乳液和丙烯酸改性氯化聚丙烯乳液进行混合调制，制备得到了适用于聚丙烯塑料的阻隔性涂层材料，并测试其性能。　　(1)采用十八烷基三甲基氯化铵（OTAC）改性钠基蒙脱土，制备得到有机化蒙脱土。XRD和SEM测试表明有机化改性后层间距明显增大，由 nmd1.49001?(钠基蒙脱土)增加为 nmd3.84001?(有机化蒙脱土)。　　(2)采用单体预乳化法和半连续种子乳液聚合法，通过引入乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯(AAEM)与丙烯酸类单体乳液共聚，并与1,6-己二胺配合制备得到了室温自交联的蒙脱土插层改性丙烯酸乳液。乳液经纳米粒度仪测试表明，粒径分布较窄，主要集中在100～200nm，约占到了总量的75％左右，小于100nm粒径约占到了12%左右；TEM测试显示，由于乳液聚合被剥离开来的蒙脱土片层，很好的插层在了乳胶粒子之间。乳胶膜DSC检测结果表明，AAEM的引入，使乳胶膜的Tg升高；阻隔性能测试表明，当OMMT含量为1.5g时，乳胶膜的透气系数(1.46×10-10)/(23cm?cm cm?S?Pa)和水蒸气透过系数(383.7 g.cm/cm2.s.Pa)均相对较低，较未添加蒙脱土改性的乳胶膜呈现出良好的阻隔性能。　　(3)采用溶液聚合法和相反转法合成得到了丙烯酸改性氯化聚丙烯乳液。正交试验表明，BPO用量为0.3%、丙烯酸单体:CPP的比值为0.8、反应时长为4小时、反应温度为95℃时，制备得到的丙烯酸改性氯化聚丙烯的附着力和接枝率较好。并通过对上述四个因子进行进一步的单因素实验，确定了溶液法制备丙烯酸改性氯化聚丙烯的最佳工艺参数，即BPO用量为0.3%、丙烯酸类单体:CPP的值为0.8、反应温度为90℃、反应时间为3.5h。对制备得到的丙烯酸改性氯化聚丙烯进行测试表征，红外光谱分析表明，提纯后得到的改性氯化聚丙烯在1730cm-1处出现了明显的新的强吸收峰，为丙烯酸酯类酯基和羧基中C?O伸缩振动典型的吸收峰；采用DSC分析测试表明，接枝改性后的CPP的Tg温度为35℃左右，相比原氯化聚丙烯的Tg温度升高了6℃；对制备得到的改性CPP乳液采用纳米粒度仪进行分析表征，乳液粒径约为300nm，粒径分布较窄。　　(4)通过涂料配方的设计，制备得到了适用于聚丙烯的塑料涂料，对比制备得到的涂膜和涂层改性塑料膜的性能发现：涂层改性制得的膜材料的透光率为90.5，雾度为6.30，较聚丙烯薄膜有一定的下降。但在阻透性方面，涂层改性后得到的聚丙烯塑料薄膜(含蒙脱土)，其氧气透过率和水蒸气透过率较聚丙烯薄膜(7.3×10-14 cm3?cm/cm2?s?Pa，186.9 g?cm/cm2?s?Pa)有较大的改善，氧气透过系数为2.6×10-15 cm3?cm/cm2?s?Pa，水蒸气透过率为172.2 g?cm/cm2?s?Pa。

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第一章 绪论

1.1聚丙烯及聚丙烯塑料涂料

1.2 氯化聚丙烯概述

1.3蒙脱土及改性蒙脱土

1.4 水性涂料及水性丙烯酸乳液概述

1.5 本论文的目的和意义

第二章 纳米水性丙烯酸乳液的制备及性能研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.2纳米蒙脱土改性丙烯酸乳液的制备

2.4 测试结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 丙烯酸改性氯化聚丙烯的制备及性能表征

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3实验结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 聚丙烯塑料涂料的制备及涂膜性能表征

4.1 前言

4.2 实验

4.3 涂膜的制备及性能表征

4.4 测试结果及讨论

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间公开发表的论文及其他成果

致谢