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“零VOC”纯丙乳液制备及其木器涂料性能

2020-12-11阅读(725)

“零VOC”纯丙乳液制备及其木器涂料性能

论文摘要

“零VOC”涂料是指VOC含量极低甚至趋于零的涂料。水性木器涂料中VOC来源于成膜树脂中残存单体、成膜稳定助剂和pH调节剂。获得“零VOC”涂料的关键是制备出无单体残留、无需助剂可低温成膜及综合性能优异的共聚功能乳胶。通过优化聚合方式和工艺,可消除残留单体；采用核壳共聚、引入功能基团或乳胶共混的手段,可解决最低成膜温度与涂膜力学性能之间的矛盾,实现功能乳胶的“零VOC”化。“零VOC”纯丙乳液制备及其木器涂料性能研究,在科学理论和实际应用中意义重大。主要研究内容与结果：1)采用半连续预乳化聚合工艺,聚合温度80.00-85.00℃,搅拌速度300rpm,复合乳化剂（SDBS:OP.10=2:1）用量为单体的6.00wt%,APS用量为单体的0.60wt%,制备的乳胶粒径<200.00nm,聚合物分子量超过8.00×105,单体转化率>99.00wt%,聚合过程凝胶率<0.50wt%。2)根据乳胶成膜性能和涂膜力学性能研究的结果表明：以MMA和BA为核层单体,设计其共聚物理论Tg为45.00℃；以BMA和2-EHA为壳层单体,设计其共聚物理论Tg为-65.00℃；当核单体和壳层单体的比例为40：60时,制备的核壳乳胶成膜温度<5.00℃,涂膜硬度达到3H,附着力为0级,断裂伸长率>500.00%。交联单体的加入能够在一定程度上改善乳胶成膜性能。交联单体的加入量较高时,乳液体系变得不稳定。综合考虑,GMA和HPA的加入量<2.00.wt%,HEMA的加入量<10.00wt%。3)以MMA和BA共聚所得的高Tg（约40.00℃）共聚物乳胶和以2-EHA和BMA共聚所得的低Tg（约-40.00℃）共聚物乳胶的进行共混研究,当P（MMA,BA）/P（2-EHA/BMA）为30:70时,共混乳胶能在5.00℃下,不加成膜助剂,能自然形成连续透明的膜,涂膜硬度3H,附着力0级,抗冲击性>50.00kg·cm,柔韧性1.00mm,能够达到水性木器涂料用乳胶的要求。4)使用自行设计的乳液聚合设备,对所获得的乳胶工艺和配方“放大”研究,结果表明,乳胶具有较好的性能重现性,聚合工艺和配方容限性好,可以用于工业生产。5)采用聚合所得的乳胶作为成膜物质,添加少量的助剂,配制的木器清漆具有较好的光泽；使用晶须硫酸钙部分替代木器白漆中的钛白粉,既能节约成本,又能保持白漆的光学和力学性能。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 “零VOC”木器涂料用乳胶合成技术及现状
  • 1.2.1 核壳乳液聚合
  • 1.2.2 其他实现“零VOC”的乳液合成技术
  • 1.3 水性木器涂料的研究现状及存在的问题
  • 1.3.1 水性丙烯酸酯类乳胶合成及改性的研究进展
  • 1.3.2 其他水性木器涂料品种
  • 1.3.3 水性木器漆待解决的问题和方法
  • 1.4 水性助剂和颜填料在“零VOC”木器涂料中的应用
  • 1.4.1 润湿剂在“零VOC”木器涂料中的应用
  • 1.4.2 消泡剂在“零VOC”木器涂料中的应用
  • 1.4.3 流平剂在“零VOC”木器涂料中的应用
  • 1.4.4 防霉剂在“零VOC”木器涂料中的应用
  • 1.4.5 流变增稠剂在“零VOC”木器涂料中的应用
  • 1.4.6 颜填料在水性“零VOC”木器涂料中的应用
  • 1.5 结语
  • 1.6 论文研究的内容和意义
  • 1.6.1 选题依据和意义
  • 1.6.2 研究内容及路线设计
  • 1.6.3 创新点
  • 第二章 “零VOC”乳胶合成及其性能测试与表征
  • 2.1 试剂
  • 2.2 仪器与设备
  • 2.3 纯丙乳胶的制备
  • 2.3.1 间歇法
  • 2.3.2 核壳乳胶的制备
  • 2.3.3 共混乳胶的设计与制备
  • 2.4 性能测试及仪器表征
  • 2.4.1 固含量、转化率与凝胶率
  • 2.4.2 黏度
  • 2.4.3 pH值
  • 2.4.4 涂膜光泽度
  • 2.4.5 涂膜吸水率
  • 2.4.6 涂膜硬度
  • 2.4.7 附着力
  • 2.4.8 断裂伸长率
  • 2.4.9 柔韧性
  • 2.4.10 抗冲击性
  • 2.4.11 水稀释稳定性
  • 2.4.12 机械稳定性
  • 2.4.13 储存稳定性
  • 2.4.14 钙离子稳定性
  • 2.4.15 冻融稳定性
  • 2.4.16 耐溶剂性能
  • 2.4.17 乳胶和涂膜密度
  • 2.4.18 其他仪器表征（IR、GPC、SEM、DSC、粒径测试和表面张力测试等）
  • 第三章 纯丙乳胶性能及其成膜机理研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 聚合方式及工艺条件
  • 3.2.1 聚合方式的筛选
  • 3.2.2 乳化剂对乳液聚合的影响
  • 3.2.3 引发剂对乳液聚合的影响
  • 3.2.4 聚合反应温度对乳液聚合的影响
  • 3.2.5 搅拌速度对乳液聚合的影响
  • 3.3 核壳乳胶性能研究
  • 3.3.1 聚合单体介绍
  • 3.3.2 核层单体配比对乳胶性能的影响
  • 3.3.3 壳层单体配比对乳胶性能的影响
  • 3.3.4 核层/壳层厚度比对乳胶性能的影响
  • 3.3.5 功能单体介绍
  • 3.3.6 交联单体AA的加入对乳液聚合及乳胶性能的影响
  • 3.3.7 功能单体GMA对乳液聚合及乳胶性能的影响
  • 3.3.8 功能单体HPA对乳液聚合及乳胶性能的影响
  • 3.3.9 功能单体HEMA对乳液聚合及乳胶性能的影响
  • 3.4 核壳乳胶的仪器表征
  • 3.4.1 核壳乳胶粒子组成、粒径及成膜形态表征
  • 3.4.2 核壳乳胶聚合物分子量表征
  • 3.4.3 核壳乳胶聚合物玻璃化转变温度
  • 3.5 共混乳胶性能研究
  • 3.5.1 共混乳胶黏度变化
  • 3.5.2 共混乳胶的稳定性能
  • 3.5.3 共混乳胶成膜表观性能
  • 3.5.4 共混乳胶涂膜光泽度
  • 3.5.5 共混乳胶涂膜力学性能变化
  • 3.5.6 共混乳胶涂膜的耐溶剂·性能和吸水率
  • 3.6 共混后乳胶的仪器表征
  • 3.6.1 共混乳胶的组成
  • 3.6.2 共混乳胶的粒径及其分布
  • 3.6.3 共混乳胶的DSC
  • 3.6.4 共混乳胶成膜形貌
  • 3.7 纯丙乳胶成膜机理探讨
  • 3.7.1 纯丙乳胶的成膜机理研究现状
  • 3.7.2 乳胶粒子的性质与成膜过程的关系
  • 3.7.3 成膜中后期过程的剖析
  • 3.8 本章小结
  • 第四章 纯丙乳胶制备的“放大”研究
  • 4.1 简介
  • 4.2 原材料及相关检测
  • 4.2.1 原材料及其来源
  • 4.2.2 APS的纯度
  • 4.2.3 乳化剂的乳化稳定性测试
  • 4.3 工装设备及其调试
  • 4.3.1 “放大”设备示意图
  • 4.3.2 釜中水位的测定
  • 4.3.3 控温装置的温度显示校正
  • 4.3.4 反应中热量的估算
  • 4.3.5 冷凝管热交换面积的计算
  • 4.4 核壳乳胶的“放大”与性能检测
  • 4.4.1 试釜实验
  • 4.4.2 种子聚合（固含量10.00 wt%）
  • 4.4.3 核壳乳胶的制备
  • 4.4.4 核壳乳胶性能测试结果
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 “零VOC”木器涂料的制备及性能研究
  • 5.1 概述
  • 5.2 涂料的配制
  • 5.2.1 原料及配方
  • 5.2.2 木器涂料配制流程
  • 5.3 木器清漆的性能研究
  • 5.3.1 羟基含量对清漆涂膜性能的影响
  • 5.3.2 环氧基含量对清漆涂膜性能的影响
  • 5.4 木器白漆的性能研究
  • 5.4.1 PVC对涂料性能影响
  • 5.4.2 晶须硫酸钙对涂料性能的影响
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 创新点
  • 6.3 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
  • 致谢

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