高性能外墙涂料的制备与性能研究_毕业论文(编辑修改稿)

高性能外墙涂料的制备与性能研究_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

航天工业学院毕业论文 6 第 二章 丙烯酸涂料的改性和制备 丙烯酸涂料的共（聚）混改性 —— 烷氧基硅烷改性丙烯酸酯水性涂料 选材与配方 （ 1）乳液原料（表 15） 原料名称 规格 产地 八甲基环四硅氧烷（ D4） 工业品 进口 乙烯基三甲氧基硅烷（ WD21） 工业品 武汉大学化工厂 丙烯酸丁酯（ BA） 工业品 上海高桥石化总厂 甲基丙烯酸甲酯（ MMA） 化学纯 上海高桥石化总厂 丙烯酸（ AA） 工业品 上海高桥石化总厂 十二烷基硫酸钠（ SDS） 分析纯 武汉大学化工厂 壬基酚聚氧乙烯醚（ OP10） 工业品 武汉大学化工厂 过硫酸铵（ NH4） 2S2O8 分析纯 武汉大学化工厂 （ 2）典型的配方 选取合适的丙烯酸软硬单体的比例，以及合适的乳化剂与有机硅改性剂的用量，是制取高性能硅丙乳液的基本条件。 [5]各组分的配方如表 16： （ 3）涂料配方 合成高性能的硅丙乳液是制得高质量外墙涂料的关键，为了保证外墙涂料的优组分 MMA BA AA SDS OP10 （ NH4） 2S2O8 D4 WD21 WD70 H2O 配方（份） 32 52 4 144 北华航天工业学院毕业论文 7 良性 能，应该精选填料，保证基料与填料之间不发生不良的副反应；然后考虑成膜助剂，增稠剂和消泡剂的关系和用量。 结合外墙涂料的性能指标，注重其耐候性，耐玷污性等性能，采用复合配方体系，提高外墙涂料的性能。 硅丙涂料的主要原料及配方如表 17： 表 17 硅丙涂料的主要原料及配方 （ 1）乳液接枝共聚反应工艺 —— 预聚合半连续滴加法 [5] 1）有机硅的预聚合乳液。 在装有搅拌器，冷藏管的三口烧瓶中加入一定量的去离子水，水温升至 50~60℃；加入一定量的十二烷基硫酸钠（ SDS），使之完全溶解；升温至 70℃时加入定量的 OP10；继续升温至 85℃时缓慢滴加 D4，控制在 滴完；再保温并较快速搅拌 1h；降温至 58℃，加入部分活性有机硅 WD21；保温慢搅拌 2h，得到有机硅的预聚合乳液。 2）丙烯酸酯单体的预乳化。 将定量 SDS 溶于 58℃的去离子 水中；然后在 内滴加全部的丙烯酸酯单体（ MMA， BA， AA）和部分活性有机硅单体（ WD21， WD70）的混合液，再快速搅拌 得到预乳化液Ⅰ。 原料名称 规格 质量 /mg 硅丙乳液 40%（固体份） 40 钛白粉 R902 30 滑石粉 涂料级（ 30μ m） 18 水 二次蒸馏水 75 成膜助剂 工业级 2 增稠剂 工业级 消泡剂 工业级 防霉杀菌剂 工 业级 北华航天工业学院毕业论文 8 3）引发剂溶液的制备。 将定量的过硫酸铵配成水溶液，溶解完全制得引发剂溶液Ⅱ。 4）乳液的接枝共聚。 将预乳化液Ⅰ和引发剂溶液Ⅱ分别置于恒压滴液漏斗中，将有机硅的预聚合乳液置于三口烧瓶里，较快速搅拌；当水浴升温至 70℃时，再缓慢滴加剩余的溶液，控制在 1h内滴完；然后升温至 74~76℃，慢速搅拌，保温反应2h；反应结束后，将温度降至 40℃以下，用定量氨水调节 pH 值为 7~8，然后用钢丝网过滤，得到最后产品硅丙乳液。 （ 2）以硅丙乳液为基料的水性涂料的配制， 根据上面表中的原料配方，先将颜料，填料，水以及助剂等置于搅拌机中，高速搅拌一定时间后，移入烧杯中，在慢速搅拌下缓慢加入硅丙乳液，一定时间后过滤，出料。 漆工艺流程如图： （ 1）乳液接枝共聚工艺的分析 利用阴离子平衡聚合反应制备带乙烯基的硅氧烷预聚合物，通过自由基聚合反应，将聚硅氧烷键合到丙烯酸酯聚合物中。 在实验过程中发现 ， D4 及 WD21 的预聚合是合成的关键步骤。 在预聚合阶段加入复合乳化剂 SDS 和 OP10，既可以获得良好的乳化效果，又提供了乳液弱酸性的环境（实测 pH值为 ），这有利于硅氧烷的开环和聚合，同时也保证了预聚合相对分子质量不是太大，从而为接枝共聚准备了有利的条件。 这也是本实验不水 助剂 颜料 填料 高速搅拌 低速搅拌 过滤 成品 乳液 北华航天工业学院毕业论文 9 采用通常的乳液制备高相对分子质量的聚硅氧烷工艺条件的原因。 [6] 有机硅的聚合可以从两个实验现象来定性考察：一是乳液略带蓝光稳定，静置不分层；二是取部分预聚合乳液于浅缘玻璃皿中，在 120℃下烘 10min，玻璃皿中有薄膜，表明聚合较完全。 将预乳化的丙烯酸酯和部分 WD21等单体滴加入预聚合乳液来进行接枝共聚，是本工艺的又一个关键。 从乳液聚合机理来讲有以下特点： 1） 由于预聚合乳液中已经形成了乳胶粒，而预乳化液形成的胶束中含有WD21和一定酸性的 AA，使得有机硅预聚物进一步进行链增长聚合反应，使乳液平衡向胶束→水相→乳胶粒方向移动。 2） 由于胶束中含有丙烯酸酯单体，在一定程度上增大了其与聚合有机硅氧烷的相容性，使得接下来的自由基接枝共聚反应能顺利进行。 3） 持续滴加预乳化液，使得在聚合过程中不断有补充的乳化剂，有效的减少了凝胶的含量，提高了产率，大大 的提高了乳液的稳定性。 4） AA的加入，一是具有催化作用，二是起交联剂的作用，提高了乳液的性能。 （ 2）乳液粒径大小的影响分析 乳液粒径的大小对乳液的稳定性，成膜均匀性等性能有很大的影响。 通过对合成的硅丙乳液透析电镜分析，乳液分散性好，分布尺寸窄无凝集成团现象。 将乳液稀释五倍后，在电镜照片上取 50 个颗粒进行粒径分析，可知乳液粒径为 30~75nm。 乳液耐酸碱性和钙离子稳定性试验（见表 18）表明，乳液耐酸碱性较好，在 pH 为 7~8 的条件下储存稳定性好。 各项性能测试表明，用此种工艺合成的硅丙乳液产率高，综合性能优异。 其他技术性能如下： 外观 pH值 产率 粘度 /Pa s 冻融稳定性 蓝光白色乳液 ~ 99% *102 通过 凝胶含量 稀释稳定性 固体含量 耐高温稳定性 机械稳定性 1% 通过 % 通过 通过 表 18 乳液耐酸碱性及钙离子稳定性 pH 值 5~6 ~12 酸碱稳定性 少量絮凝 稳定 稳定 稳定 稳定 稳定 钙离子稳定性 大量絮凝 少量絮凝 稳定 稳定 少量絮凝 大量絮凝 （ 3）乳液成膜情况及性能研究 乳液在室温 20~25℃下，成膜时间小于 2h，有优异的成膜性能，附着力实验表明，膜在玻璃上的附着力等级为优。 北华航天工业学院毕业论文 10 （ 4）乳液耐热性能分析 用热重分析仪对硅 丙乳液树脂的耐热性能进行了测试，其热分解温度达到了℃，比一般的聚丙烯酸酯树脂的热分解温度 290~310℃要高，说明有机硅的引入，改善了聚丙烯酸酯的耐热性。 因此，本产品可以作为高耐候性外墙涂料基料使用。 （ 5）硅丙涂料性能分析 以研制的硅丙乳液为基料配制硅丙乳液水性涂料，并对其性能进行检测，检测结果如表 19所示。 表 19 硅丙涂料性能检测 检测项目 国标 硅丙涂料 容器中状态 混合无硬块，呈均匀状态 合格 涂膜外观 正常 白色均匀 干燥时间 2h 100min 耐水性（ 96h） 无异常 稍微变淡 耐碱性（ 48h） 无异常 有点失光 由表 19 的分析情况可知，硅丙涂料具有优异的耐候性，耐水性，耐碱性，耐温变性及耐洗刷性能，是一种高档的建筑外墙涂料。 效果评价 1）实验利用透射电镜，红外光谱和热重分析等分析手段，证明了有机硅氧烷是以化学键的形式接枝到树脂大分子上，达到了分子级化学改性的目的。 2）用预聚合半连续滴加法成功制备了完全接枝共聚的硅丙乳液，此乳液聚合工艺简单，经济，产率可大于 99%，凝胶量小于 1%。 用此乳液配制的硅丙涂料改性效果显著，少量有机硅既能大幅度提高涂料的性能 ，而且无环境污染，符合涂料的发展方向，是一种高档外墙涂料。 3）有机硅改性丙烯酸酯水性涂料采用八甲基环四硅氧烷（ D4） 及乙烯基三甲氧基硅烷（ WD21）预聚合后，与多组分的丙烯酸酯预乳化液接枝共聚为基料，集有机硅聚合物的耐候性，耐高温性，憎水防水功能和聚丙烯酸酯优异的成膜性，耐老化性，机械强度等，具有优良的综合性能。 [6] 丙烯酸涂料的填充与功能改性 —— 丙烯酸酯水乳型阻燃涂料 （ 1）主要原料如下表 21 表 21 丙烯酸酯水乳型阻燃涂料原料 北华航天工业学院毕业论文 11 原料名称 规 格 产 地 甲基丙烯酸甲酯（ MMA） 分析纯 天津化学试剂三厂 丙烯酸（ AA） 分析纯 天津化学试剂三厂 丙烯酸丁酯（ BA） 分析纯 湖北大学化工厂 丙烯腈（ AN） 分析纯 湖北大学化工厂 三氧化二锑（ Sb2O3） 分析纯 西安化学试剂厂 聚乙烯醇（ PVA） 分析纯 西安化学试剂厂 过硫酸铵（（ NH4） 2S2O8 分析纯 西安化学试剂厂 碳酸氢钠（ NaHCO3） 分析纯 上海虹光化工厂。