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有机硅改性丙烯酸水性树脂的合成及乳液聚合模型的研究

文秀芳  
【摘要】:有机硅材料表面能低,应用于水性涂料中可降低甚至消除由水的高表面张力而引起的各种弊病,且有机硅涂料在固化过程中形成的Si—O—Si键会与基体树脂发生分层现象,聚积在涂膜表面的Si—O—Si链,能提高涂膜耐侯性、耐水性、耐化学性、爽滑性、抗划伤性和良好的抗污性。它在建筑外墙涂料、工业防护、皮革涂饰、织物处理和家具装饰等领域有着广阔的应用前景。因此,水性有机硅树脂的系列研究具有理论和实际意义。 本文对比了不同的聚合工艺对合成有机硅改性丙烯酸乳液性能的影响,选择半连续乳液聚合中的核壳乳液聚合技术,成功地研制了涂膜性能优异的有机硅—丙烯酸乳液。实验中研究了树脂配方,如单体的种类和配比,和各种合成工艺条件,如有机硅添加顺序、引发剂的浓度、聚合温度、乳化剂的用量、非离子型/阴离子型复合乳化剂的配比、复合乳化剂在核壳之间的配比、pH值、固含量和搅拌强度等因素对乳液涂膜性能、聚合稳定性、贮存稳定性以及动力学的影响。 研究表明,单体配比、有机硅氧烷的种类和用量对乳胶粒粒径大小、乳液的粘度和稳定性、聚合物的组成和玻璃化转变温度、聚合物的热失重以及聚合动力学都有着显著的影响。使用含异丙氧基的阻碍性有机硅氧烷单体可提高乳液聚合的稳定性、增加有机硅氧烷的用:量、改善涂膜性能。随有机硅氧烷用量的增加,有机硅接枝率增大,玻璃化转变:温度降低。而推迟有机硅氧烷的添加时间有利于进一步提高聚合物的稳定性,降低粒径分布,虽然树脂接枝率稍有所下降,但是可减少聚合物玻璃化转变温度的降低程度,提高涂膜的硬度、改善其耐沾污性。 本文从理论上阐明了通过控制有机硅氧烷的水解与缩聚反应以及异氰酸酯基与水的反应来获得性能优异的双组分水性有机硅改性丙烯酸聚氨酯木器涂料的基本方法,选择有机硅——丙烯酸酯共聚物的外观、水溶性、分子量、交联官能团及玻璃化温度等指标来调整合成水性树脂配方和工艺。 通过选择阻碍性的有机硅氧烷单体以及调节合成树脂的pH值,降低有机硅氧烷水解和缩聚反应速率,保证聚合稳定和水性有机硅——丙烯酸酯树脂的贮存稳定性。 研究发现影响水性有机硅改性丙烯酸树脂的水溶性以及合成树脂与固化剂的


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