室温锌离子自交联苯丙乳液的合成及交联机理与应用研究

论文摘要

金属离子交联型乳液是一类通过金属离子与共聚物分子链上的官能团反应来实现涂膜交联的自交联型乳液，具有施工方便、储存稳定、单组份包装、环境友好等优势。同时，离子交联赋予了乳胶膜较快的干燥速度，可以很好的用于水性木器底漆用乳液的开发，提高漆膜的打磨性和硬度建立速度。由于其交联机理尚未明确，研究相关机理对于金属离子交联型乳液的研发和性能优化具有重要的理论指导意义。以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）、苯乙烯（St）和甲基丙烯酸（MAA）为共聚单体，采用半连续种子乳液聚合工艺合成锌离子自交联苯-丙乳液，讨论了配方及工艺条件等对乳液和胶膜性能的影响。研究表明，乳液聚合物玻璃化转变温度（Tg）为40℃时为漆膜提供一个良好的基础硬度；种子单体量为7%，乳化剂DowFax2A-1用量为2%，引发剂KPS用量为0.5%，且后期补加氧化还原引发剂，制备得到具有适宜黏度和粒径，且稳定性优秀的苯丙乳液。为提高乳胶膜的交联度和耐介质性能，乳液体系中引入适量的功能性单体MAA和交联剂ZnO，实验得到MAA的加入量为12%，ZnO和MAA的最佳摩尔比为0.5，60℃添加ZnO最宜。采用多种表征手段探讨了交联机理，可知MAA在乳胶粒中存在一定的分布，部分羧基包埋在乳胶粒内部，表面羧基含量为61.33%；透射电镜（TEM）分析发现，乳胶粒子的边缘都呈绒毛状，向周围伸展开来；马尔文纳米粒度仪分析发现，随着MAA的增加，水相成核几率变大，因此粒径变小，粒径分布变宽；傅里叶红外光谱（FT-IR）表明涂膜在形成过程中MAA的羧基与锌离子发生螯合交联，生成不溶性盐或配合物；差示扫描量热（DSC）分析进一步表明形成的配位结构能显著提高涂膜的Tg，从而改善初期硬度和打磨性；热重（TG）分析发现锌离子改性的PAs提高了涂膜的热稳定性。最后，基于自制乳液开发一款性能优良的高固含、高透明度的快干型水性木器底漆。从底漆配方的设计构思角度入手，集中解决配方中存在的两对矛盾，即高固含与高透明度之间的矛盾和Tg与低温成膜性之间的矛盾。配方中乳液为75%，滑石粉为10%；成膜助剂为乙二醇丁醚和二丙二醇丁醚复配，分别为乳液固含量的18%和20%，低温成膜性和再涂性良好；消泡剂选用TEGO Foamex810和TEGOAirex902W，分别在填料研磨阶段和调漆阶段添加，消泡效果明显；缔合型聚氨酯增稠剂RM-8W和RM-2020复配使用，并搭配适量碱溶胀型增稠剂ASE-60，有效防止填料下沉，提高了热储稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水性木器涂料的现状与发展
• 1.2.1 水性木器涂料的产业现状
• 1.2.2 水性木器涂料的发展前景
• 1.3 水性木器底漆用丙烯酸树脂的研究进展
• 1.3.1 聚合技术的研究进展
• 1.3.2 改性技术的研究进展
• 1.3 丙烯酸酯类乳液自交联技术的研究进展
• 1.3.1 含酰肼基/羰基交联体系
• 1.3.2 乙酰乙酰基/多元胺交联体系
• 1.3.3 硅醇基交联体系
• 1.3.4 离子交联乳液体系
• 1.4 本论文研究意义、研究内容及创新之处
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 创新之处
• 第二章 锌离子自交联苯丙乳液的合成
• 2.1 前言
• 2.2 锌离子自交联苯丙乳液的原料选择、聚合工艺与配方设计
• 2.2.1. 原料的选择
• 2.2.2. 苯丙乳液的合成工艺
• 2.2.3. 苯丙乳液的配方设计
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 实验原料
• 2.3.2 实验仪器及装置
• 2.3.3 分析与测试
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 聚合配方与工艺的确定
• 2.4.2 乳化剂对乳液体系的影响
• 2.4.3 引发剂对乳液体系的影响
• 2.4.4 功能单体对乳液体系的影响
• 2.4.5 交联剂对乳液体系的影响
• 2.4.6 锌离子交联型苯丙乳液性质
• 2.5 本章小结
• 第三章 锌离子自交联苯丙乳液交联机理研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验设备
• 3.2.2 乳液合成
• 3.2.3 分析与测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 乳胶粒表面羧基分布
• 3.3.2 乳液的粒径分布与乳胶粒的形态结构
• 3.3.3 乳液中锌离子的存在方式
• 3.3.4 交联反应机理
• 3.3.5 差示扫描热分析
• 3.3.6 热重分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 锌离子自交联苯丙乳液在水性木器底漆中的应用
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 高固含、高透明水性木器底漆的配制
• 4.2.4 测试与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 水性树脂的确定
• 4.3.2 填料的选择
• 4.3.3 成膜助剂的种类及用量确定
• 4.3.4 消泡剂的选择
• 4.3.5 增稠剂的选择
• 4.3.6 高固含、高透明水性木器底漆性能
• 4.4 本章小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件