硅油微胶囊及其水性防覆冰涂料的制备与性能研究

论文摘要

近年来,微/纳胶囊的制备和应用是材料领域的研究热点。在涂料领域,微/纳胶囊在自愈合涂层、防腐涂层以及超疏水涂层等方面有着广阔的应用前景。另一方面,硅油具有低表面张力、高绝缘性、低挥发、耐候性好以及无毒等优点,在防水、防冰、防污、防雾、抗粘连等功能性涂料制备方面应用广泛。因此,若将两者结合,制成硅油微/纳胶囊,可以延缓硅油的释放速率,从而延长功能涂料的使用寿命,甚至可赋予其新的应用功能,应用前景诱人。本论文通过采用细乳液技术制备了以二氧化硅为壳层的硅油微胶囊,并将其作为疏水添加剂用于制备水性防覆冰涂料,具体研究内容及主要研究结果如下：（1）采用细乳液技术制备了一种以二氧化硅为壳层的硅油微胶囊乳液。即,首先利用十二烷基磺酸钠和非离子型表面活性剂Ⅹ-100在水中对含有正硅酸乙酯（TEOS）、二甲基硅油和十八烷基三甲氧基硅烷（OTMS）的混合液进行乳化15分钟,再超声20分钟得细乳液,而后将pH值调整为7.5,常温搅拌24小时。获得的硅油微胶囊乳液固含量高达17.6%,并具有优异的储存稳定性。详细考察了pH值、表面活性剂组成及用量、二氧化硅前驱体组成等因素对硅油微胶囊乳液稳定性、粒径及胶囊形态的影响规律。结果表明,在制备微胶囊过程中,超声细乳化后的pH值调节对形成硅油微胶囊和体系稳定性至关重要。所得硅油微胶囊平均粒径约200nm,其粒径随SLS/OP-10比例的增加变化不明显,而随TEOS/OTMS比例的增加而降低,壳层厚度约20nm。将获得的硅油微胶囊乳液加入到水性涂料中,通过自来水冲刷的方法初步证实了其具有较好的缓释特性,可用于持久性疏水涂层的制备。（2）将获得的硅油微胶囊乳液加入到乳胶漆中,制备水性疏水涂料。考察了颜填料的种类和比例、微胶囊的用量、颜基比、助剂等因素对涂料外观状态、涂层表面形貌、疏水特性的影响规律。结果表明,硅油微胶囊可以增加乳胶涂层的疏水性,但硅油微胶囊的用量对涂层疏水性影响不大。涂层的疏水性随着涂料颜基比的增加而增大。含硅油微胶囊涂层的最大水接触角可至130°左右,但尚未能实现超疏水乳胶涂料的制备。（3）以不同硅油微胶囊含量和颜基比的涂层为研究对象,考察了涂层人工加速老化前后疏水性、覆冰附着力的变化规律。结果表明,硅油微胶囊在乳胶漆中具有缓释特性,干膜中硅油含量越高,涂层表面疏水性越持久。颜基比接近于CPVC的涂层的疏水持久性较好。在颜基比5.0、硅油含量4.2%时,涂层的长期覆冰附着力最为理想。在相同表面粗糙度时,表面水接触角越大,覆冰附着力越低；在不同粗糙度时,覆冰附着力主要取决于涂层表面的粗糙度,而非水接触角。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 微胶囊的制备技术
• 1.1.1 细乳液聚合法
• 1.1.2 界面缩聚法
• 1.1.3 悬浮交联法
• 1.1.4 溶剂挥发/萃取法
• 1.1.5 凝聚/相分离法
• 1.1.6 其他方法
• 1.2 防覆冰技术
• 1.2.1 热力除冰法
• 1.2.2 机械除冰法
• 1.2.3 自然被动法
• 1.2.4 其他法
• 1.3 防覆冰涂料
• 1.4 研究思路和研究内容
• 1.4.1 研究思路
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 氧化硅为壳层的硅油微胶囊乳液的细乳液制备技术研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 氧化硅为壳层的硅油微胶囊乳液的制备
• 2.2.3 含硅油微胶囊的水性涂料配制
• 2.2.4. 表征方法
• 2.3. 结果与讨论
• 2.3.1 pH值的影响
• 2.3.2 表面活性剂的影响
• 2.3.3 壳层前躯体组成的影响
• 2.3.4 形成机理
• 2.3.5 硅油微胶囊的缓释特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 含硅油微胶囊乳胶涂料的配制
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料
• 3.2.2 硅油微胶囊乳液制备
• 3.2.3 含硅油微胶囊乳胶涂料的配制
• 3.2.4 表征方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 含低核壳比硅油微胶囊乳胶漆的制备
• 3.3.2 含高核壳比硅油微胶囊乳胶漆的制备
• 3.4 本章小结
• 第四章 含硅油微胶囊乳胶漆的疏水持久性与覆冰附着力研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 硅油微胶囊乳液制备
• 4.2.3 水性防覆冰涂料配制
• 4.2.4. 表征方法
• 4.3. 结果与讨论
• 4.3.1 疏水持久性
• 4.3.1.1 硅油微胶囊含量的影响
• 4.3.1.2 颜基比的影响
• 4.3.2 覆冰附着力
• 4.3.2.1 硅油微胶囊含量的影响
• 4.3.2.2 颜基比的影响
• 4.3.3 长期覆冰附着力
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表的文章及专利
• 致谢