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聚合物乳液/MMT共混物涂层:结构的形成与涂层性能

戴绍明  
【摘要】:尽管人们把水基涂料列为环保涂料,在其配方中仍含有不少的VOC(Volatile Organic Compound,挥发性有机化合物),这些VOC主要用作涂料树脂的成膜助剂。进一步降低涂料配方中的VOC含量,甚至完全消除VOC,达到零VOC,从而最大程度地降低涂料对环境的污染,是聚合物有机涂料今后发展的趋势,也是涂料行业当前面临的最大技术挑战。本文创新性地研究了一种由聚合物/蒙脱土(MMT)复合水乳液制备聚合物/MMT纳米结构复合涂层的新方法,为制备零VOC高性能聚合物涂料开辟新思路。研究发现,少量MMT可以成倍地增加涂膜的力学性能,且聚合物乳胶粒表面官能团对纳米复合膜的结构和力学性能有很大影响,另外pH值和成膜速度对复合膜的力学性能也有很大影响。 制备了Latex Ⅰ/MMT、Latex Ⅱ/MMT、Latex Ⅲ/MMT三种复合乳液,Latex Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别是主体组成一致,但没有表面修饰、-NH_2表面修饰和-COOH表面修饰的三种聚合物胶乳。研究表明MMT的加入对三种复合膜的力学性能都有很大的增强作用。对Latex Ⅲ/MMT复合膜的力学性能提高程度最为显著,MMT含量10%时拉伸强度了2.6倍,模量增大了近13倍;Latex Ⅱ/MMT复合膜力学性能提高程度次之,MMT含量10%时拉伸强度增大了1.7倍,模量增大了12倍;Latex Ⅰ/MMT复合膜的力学性能提高程度最小,MMT含量10%时拉伸强度增大了1.1倍,模量增大了4.5倍。经TEM观察发现三种复合膜形成了不同的结构,这主要是由于复合乳液的稳定性及乳胶粒与MMT片层之间不同作用力的原因。在Latex Ⅲ/MMT复合膜中MMT形成了网络结构,这是其力学性能,尤其是模量,最为突出的主要原因。在Latex Ⅲ/MMT复合膜中,乳胶粒表面-COOH与MMT片层表面的-OH可能发生酯化反应,两者以化学键结合,在Latex Ⅱ/MMT-复合膜中乳胶粒表面-NH_2与MMT片层表面的-OH以氢键形式结合,而在Latex Ⅰ/MMT复合膜中两者之间没有界面结合力,这是影响三种复合膜力学性能提高程度的主要原因。 研究发现pH值对Latex Ⅲ/MMT复合膜的形态及力学性能有很大影响,这主要是因为NaOH中和了乳胶粒表面的-COOH,影响了乳胶粒与MMT之间界面结合力,进而影响了复合膜的力学性能。 浙江大学硕士论文 另外,快速成膜所成膜的力学性能要比慢速成膜所成膜的力学性能好,但是 对三种复合膜的影响有所不同。对Latexl彻MT和Latex Il/MMT复合膜的力学 性能影响很大,而对Latexm侧MT复合膜的力学性能的影响较小,这可能是由 于Latexm表面的梭基与MMT表面经基发生化学反应的缘故。 研究表明,本论文方法制备的复合涂层由于聚合物树脂具有较低的玻璃化转 变温度(一27℃左右)因此具有很好的成膜性能,同时MMT的加入使得涂膜具 有很好的力学性能,克服了涂膜发粘的问题,这种聚合物/M MT纳米复合涂层在 零VOC涂料方面有很好的应用前景。 关键词:聚合物,粘土,纳米复合材料,涂层,力学性能 砂谷


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