可再分散聚合物乳胶粉的制备与应用及其水分散性形成机理的研究

论文摘要

可再分散聚合物乳胶粉是一类由聚合物乳液经干燥获得的新型粉体功能材料,其特点是可重新分散于水相形成与原乳液性能相近的分散乳液。与传统乳液比较,可再分散乳胶粉具有施工方便、贮存稳定、易于运输、环境友好等优势,并能显著强化无机建筑材料的内聚力和柔韧性,具有广阔的发展前景。再分散性是乳胶粉的核心性能,但其形成机理尚未明确,研究相关机理对于聚合物粉末材料的研发和性能优化具有重要的理论指导意义。本文以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）、甲基丙烯酸（MAA）等单体合成具有核壳结构的聚合物乳液并喷雾干燥制得聚合物乳胶粉,重点研究了乳胶粉水相再分散理。兼顾乳胶粉水分散性及其成膜耐水性,制备出耐水型NMA-苯丙可再分散乳胶粉。本论文主要研究成果包括:1)排斥稳定机理。壳层可电离的亲水单体MAA有利于乳胶粒表面形成“绒毛结构”和厚水化层,强化干燥保护作用,同时增大乳胶粒表面电荷密度,增强电荷排斥作用,进而优化乳胶粉的再分散性。2)扩散强化机理。乳液干燥可归纳为3个步骤:（1）乳液雾滴表层干燥形成包裹层;（2）乳胶粒内层干燥,水化层蒸发膨胀形成微孔;（3）微孔孔径扩大直至形成连续孔道。乳胶粉分散于水相时,水分通过微孔道进入乳胶粉内部加速其分散,使微米级乳胶粉分散成纳米级原乳液乳胶粒。3)疏水缔合作用机理。聚合物疏水缔合作用抑制乳胶粒“绒毛结构”和水化层的生成,降低表面电荷密度和亲水基团密度,乳胶粒干燥时发生不可逆凝聚融合;乳胶粉分散于水相时,疏水缔合作用使水分渗透压、聚合链电荷排斥作用和水化作用降低,水分散性及其分散稳定性变差。4)制得兼顾水分散性和涂膜耐水性的NMA-苯丙乳胶粉和干粉建筑涂料。其最佳合成工艺配方是:壳层MAA量为单体总量的6 %;壳层St/ MMA质量比为5/ 25;补加乳化剂和NMA量分别为单体总量的0.33 %和1 %,喷雾乳液pH值为8.5。聚合物乳胶粉的的制备与水相再分散是一个排斥稳定作用与疏水缔合作用相互竞争的过程,排斥稳定和微孔通道强化扩散是乳胶粉水分散性形成的主要原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 可再分散聚合物乳胶粉的概述
• 1.2 可再分散聚合物乳胶粉的制备工艺
• 1.2.1 原乳液的制备
• 1.2.2 原乳液预处理
• 1.2.3 原乳液干燥
• 1.3 可再分散聚合物乳胶粉的研究现状
• 1.4 聚合物乳胶粉水相再分散机理
• 1.5 聚合物乳胶粉水再分散性影响因素
• 1.5.1 功能性单体
• 1.5.2 保护胶体
• 1.5.3 喷雾乳液预处理
• 1.5.4 乳液粒子设计
• 1.5.5 干燥温度
• 1.5.6 雾化盘转速和进料速度
• 1.6 可再分散聚合物乳胶粉对无机建筑材料的作用机理
• 1.7 可再分散聚合物乳胶粉的应用
• 1.7.1 外墙外保温材料
• 1.7.2 外墙装饰材料
• 1.7.3 防水防渗材料
• 1.7.4 建筑腻子材料
• 1.7.5 瓷砖用粘结材料
• 1.7.6 自流平地坪材料
• 1.7.7 零VOC干粉涂料
• 1.8 本论文研究意义
• 1.9 本论文主要创新点
• 第二章 可再分散聚合物苯丙乳胶粉及其涂料的制备与分析方法
• 2.1 苯丙原乳液的合成
• 2.1.1 实验部分
• 2.1.2 乳液性能测试与表征
• 2.2 苯丙喷雾乳液脱水干燥
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.2 乳胶粉性能测试与表征
• 2.3 可再分散乳胶粉漆膜制备
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 乳胶粉涂料及漆膜性能分析
• 第三章 可再分散聚合物乳胶粉可分散性影响机理研究
• 3.1 甲基丙烯酸对聚合物乳胶粉再分散性影响
• 3.1.1 MAA量和pH值对原乳液乳胶粒径的影响
• 3.1.2 MAA量对乳胶粉再分散乳液稳定性的影响
• 3.1.3 MAA量对乳胶粉再分散液ξ电位影响
• 3.1.4 MAA量对乳胶粉再分散液粒径分布影响
• 3.1.5 MAA量对乳胶粉内部微观形貌影响
• 3.1.6 可电离亲水单体对再分散性的稳定排斥作用机理
• 3.1.7 水分扩散强化机理作用机理
• 3.2 壳层疏水缔合作用对可再分散乳胶粉分散稳定性和微结构影响
• 3.2.1 疏水作用对中和过程的影响
• 3.2.2 疏水作用对再分散乳液性能的影响
• 3.2.3 疏水作用对乳胶粉微观形貌的影响
• 3.2.4 疏水性对乳胶粉再分散液成膜表面微观形貌的影响
• 3.2.5 疏水缔合对乳胶粉水分散性的作用机理
• 3.3 乳液pH值对乳胶粉及其涂料分散涂膜的影响
• 3.3.1 喷雾乳液pH值对乳胶粉再分散液粒径分布的影响
• 3.3.2 喷雾乳液pH值对乳胶粉再分散液ξ电位的影响
• 3.3.3 喷雾乳液pH值对乳胶粉再分散液稳定性的影响
• 3.3.4 喷雾乳液pH值对再分散乳胶粉堆积密度的影响
• 3.3.5 喷雾乳液pH值对乳胶粉再成膜吸水率的影响
• 3.3.6 喷雾乳液pH值对再分散干粉涂料粘度和沉降值的影响
• 3.3.7 喷雾乳液pH值对干粉涂料涂膜表观影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 乳胶粉分散过程与聚合物乳液喷雾干燥机理探讨
• 4.1 乳胶粉水相再分散过程研究
• 4.1.1 核壳原乳液乳胶粒TEM表征
• 4.1.2 可再分散乳胶粉SEM和TEM表征
• 4.1.3 乳胶粉再分散液乳胶粒TEM表征
• 4.1.4 合成-干燥-再分散阶段红外分析
• 4.2 中空聚合物乳胶粉形成机理
• 4.3 本章小结
• 第五章 NMA-苯丙可再分散乳胶粉的制备及应用
• 5.1 实验与表征
• 5.2 结果讨论
• 5.2.1 乳化剂补加量与NMA对苯丙乳液性能的影响
• 5.2.2 NMA-苯丙聚合物乳胶粉的制备及性能
• 5.2.3 NMA-苯丙乳胶粉涂料
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件