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高性能有机硅改性丙烯酸乳液的应用基础研究

张伟  
【摘要】:本文首先在硅丙乳液制备工艺的基础上,将反应性乳胶粒子的设计技术、共混技术、微乳液聚合技术以及纳米技术应用于硅丙乳液的制备过程中,分别制备了弹性硅丙乳液、具有核壳结构硅丙乳液以及无机纳米粒子/硅丙复合乳液,研究了其在外墙涂料、木器漆等领域的应用。 通过对乙烯基硅氧烷单体、接枝聚硅氧烷的比较和选择,以及有机硅单体的用量对聚合过程的影响,确定出基本的聚合工艺和生产配方,并对所制备硅丙乳液的组成、粒子形态、粒径大小及分布等进行了表征。重点研究了有机硅单体用量对涂膜性能的影响,结果表明,随有机硅用量的增加,硅丙乳胶膜的综合性能得到提高,当有机硅单体总量为单体的8%左右,且乙烯基硅氧烷(MPTS)与接枝用硅氧烷(203硅油)的配比为1:1时,聚合过程稳定,涂膜性能良好。 分别采用反应性乳液共混和具有二乙烯基的硅氧烷交联剂直接共聚法制备了弹性硅丙乳液。结果表明,当含有环氧基的活性乳液与常规硅丙乳液的共混重量比在6:4时,涂膜具有较好的力学性能和良好的耐水性、抗沾污性,并研究了共混乳液的成膜过程。利用羟基与烷氧基的缩合反应合成了具有二乙烯基的硅氧烷交联剂(MEBS),研究了MEBS对弹性硅丙乳液聚合过程的影响,结果表明,随MEBS用量的增加,聚合反应速率减小,凝胶率增加。当体系中MEBS用量为5%时,涂膜具有优异的综合性能,所配制的外墙涂料的除耐水性、硬度优于共混法外,其余性能大体相同。 采用单体预乳化分段加料法合成了具有核/壳结构的硅丙乳液,系统地研究核壳T_g变化及两者的比例对水性木器清漆性能的影响,发现当核壳比在6∶4~8∶2,且壳层T_g高于核层至少30℃时,涂膜不仅可以获得较高的硬度,而且室温成膜性好,抗冲击强度大于50 kg.cm。通过向硅丙乳液聚合物中引入AAEMA功能性单体并采用种子微乳液—单体溶胀法制备了双组分木器清漆,重点讨论了种子单体、溶胀单体以及外加交联剂对乳液成膜性以及涂膜性能的影响,结果表明,当外加交联剂己二胺与AAEMA的摩尔比为1:4~1:2时,涂膜表面均匀 浙江大学博士学位论文 中文摘要 光滑,所配制的双组分木器漆涂膜丰满,光泽好,硬度高。 通过对纳米二氧化硅粒子的表面改性,提高了其在乳化剂水溶液中的分散稳 定性。采用原位聚合技术制备了纳米二氧化硅/硅丙复合乳液,研究了纳米二氧 化硅粒子的引入对聚合过程的影响,探讨了其在乳液中的稳定机理。考察了纳米 二氧化硅对乳液涂膜性能的影响,结果表明纳米二氧化硅的引入有助于提高涂膜 的力学性能、硬度、抗紫外老化和抗沾污等性能。 通过对多臂碳纳米管(MWCNTs)进行氧化处理,从而在其表面引入活性基团, 提高了其与硅丙树脂的相容性。采用原位接枝聚合法制备了贮存稳定性能良好的 训CNTs/硅丙复合乳液,并研究了MWCNTs对乳液成膜性和涂膜性能的影响,结果 表明,姗CNTs的加入对复合乳液的成膜性影响不大,但能够显著改善涂膜的电 学性能,当MWCNTS的添加量大于1 .5%时,涂膜的电阻率即可达到抗静电材料的 国家标准(低于109 0.。m)。


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