纳米CaCO3的改性、分散及其复合涂料的制备

论文摘要

纳米CaCO3是目前产量较大、价格较低的已工业化的功能性纳米材料，可广泛应用于橡胶、塑料、涂料、油墨、造纸等行业，但其应用技术的滞后已严重阻碍了我国纳米CaCO3工业的发展。为了拓宽其应用领域，提高现有涂料的性能和档次，本文对涂料用纳米CaCO3的改性和分散等关键技术进行了系统的实验研究，制备出了纳米CaCO3复合丙烯酸涂料、环氧涂料和建筑涂料，并研究了纳米CaCO3浆液及其复合涂料的流变性。 针对纳米CaCO3在溶剂型涂料和水性涂料中的应用，采用复合改性剂和自制的改性剂分别对其进行了改性，优化出了较佳改性工艺条件，并探讨了其改性机理。热分析、FTIR和TEM分析结果表明该改性是成功的，特别是水性涂料用纳米CaCO3改性工艺已在安徽实现了生产。 实验分别研究了改性纳米CaCO3在丙烯酸树脂、环氧树脂和水中的分散情况，优化出了较佳分散工艺条件，并制备出了3种改性纳米CaCO3浆液。该浆液贮存稳定性好，纳米CaCO3粒径较小且分布均匀，为制备纳米CaCO3复合涂料奠定了基础。 采用改性纳米CaCO3浆液分别制备出了纳米CaCO3复合丙烯酸涂料、复合环氧涂料及其复合建筑涂料，并对其主要性能进行了检测，结果表明，复合丙烯酸涂料的耐光性、耐水性、耐沾污性和贮存稳定性及复合环氧涂料的耐水性、耐盐水性、耐盐雾性和贮存稳定性等明显提高，复合建筑涂料的耐碱性、耐洗刷性、耐沾污性和贮存稳定性等显著改善。同时SEM分析结果表明改性纳米CaCO3的加入，改善了颜填料在涂层中分散性，增强了颜填料粒子与树脂之间的相容性，提高了涂层的致密性，从而显著改善涂料的性能。 实验考察了纳米CaCO3／DOP浆液的流变性，结果表明，未改性纳米CaCO3／DOP浆液（DOP-1）、WO-12／DOP浆液（DOP-2）和WO-13／DOP浆液（DOP-3）的流动特性均符合Casson模型，且在相同条件下与DOP-1相比，DOP-2黏度降幅最大，屈服应力最小，稳定性最好，说明WO-12与DOP相容性好，其改性效果最佳，与工艺实验优化出的结果一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 3生产及应用概况'>1.2 纳米CaCO₃生产及应用概况
• 3分类'>1.2.1 CaCO₃分类
• 3生产概况'>1.2.2 纳米CaCO₃生产概况
• 3应用概况'>1.2.3 纳米CaCO₃应用概况
• 3改性研究进展'>1.3 纳米CaCO₃改性研究进展
• 3改性原因'>1.3.1 纳米 CaCO₃改性原因
• 3改性方法'>1.3.2 纳米 CaCO₃改性方法
• 3复合涂料研究进展'>1.4 纳米 CaCO₃复合涂料研究进展
• 1.5 选题依据与意义
• 1.6 本课题研究内容
• 3的改性'>2 溶剂型涂料用纳米 CaCO₃的改性
• 2.1 实验
• 2.1.1 主要实验原料
• 2.1.2 主要实验设备
• 2.1.3 实验方法
• 2.1.4 表征方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 钛酸酯偶联剂与高分子分散剂复合改性工艺
• 2.2.2 钛酸酯偶联剂和硬脂酸复合改性工艺
• 3表征与改性机理'>2.2.3 改性纳米 CaCO₃表征与改性机理
• 3/DOP浆液流变性'>2.2.4 纳米 CaCO₃/DOP浆液流变性
• 2.3 小结
• 3在丙烯酸树脂中分散及其浆液的流变性'>3 纳米 CaCO₃在丙烯酸树脂中分散及其浆液的流变性
• 3.1 实验
• 3.1.1 主要实验原料
• 3.1.2 主要实验设备
• 3.1.3 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 分散剂的初步筛选
• 3.2.2 分散工艺条件优化
• 3粒径分布和SEM表征'>3.2.3 浆液中 CaCO₃粒径分布和SEM表征
• 3.2.4 浆液的稳定性
• 3.2.5 分散剂用量对浆液流变性的影响
• 3浆液流变性的影响'>3.2.6 温度对改性纳米CaCO₃浆液流变性的影响
• 3和树脂含量对浆液流变性的影响'>3.2.7 纳米CaCO₃和树脂含量对浆液流变性的影响
• 3.3 小结
• 3复合丙烯酸涂料的制备及其流变性'>4 纳米CaCO₃复合丙烯酸涂料的制备及其流变性
• 4.1 实验
• 4.1.1 主要实验原料
• 4.1.2 主要实验设备
• 4.1.3 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 涂料主要应用性能及其表征
• 3对丙烯酸涂料流变性的影响'>4.2.2 不同 CaCO₃对丙烯酸涂料流变性的影响
• 3的用量对丙烯酸涂料流变性的影响'>4.2.3 改性 CaCO₃的用量对丙烯酸涂料流变性的影响
• 4.2.4 固体份和丁醇对丙烯酸涂料流变性的影响
• 4.3 小结
• 3在环氧树脂中的分散及其复合涂料的制备'>5 纳米 CaCO₃在环氧树脂中的分散及其复合涂料的制备
• 5.1 实验
• 5.1.1 主要实验原料
• 5.1.2 主要实验设备
• 5.1.3 实验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 正交实验
• 3粒径分布和SEM表征'>5.2.2 浆液中 CaCO₃粒径分布和SEM表征
• 5.2.3 浆液的稳定性
• 5.2.4 纳米复合环氧涂料的制备与性能测试
• 5.2.5 涂层的扫描电镜表征
• 5.3 小结
• 3的改性'>6 水性涂料用纳米 CaCO₃的改性
• 6.1 实验
• 6.1.1 主要实验原料
• 6.1.2 主要实验设备
• 6.1.3 实验方法
• 6.2 结果与讨论
• 3'>6.2.1 自制改性剂改性纳米 CaCO₃
• 3'>6.2.2 钛酸酯偶联剂改性纳米 CaCO₃
• 6.3 小结
• 3在水中的分散'>7 纳米 CaCO₃在水中的分散
• 7.1 实验
• 7.1.1 主要实验原料
• 7.1.2 主要实验设备
• 7.1.3 实验方法
• 7.2 结果与讨论
• 3对分散的影响'>7.2.1 不同纳米 CaCO₃对分散的影响
• 7.2.2 分散机转速的影响
• 7.2.3 分散剂种类和分散时间的影响
• 7.2.4 分散剂用量的影响
• 7.2.5 悬浮液浓度的影响
• 7.2.6 pH值的影响
• 7.2.7 悬浮液的贮存稳定性及颗粒的粒径分布
• 7.3 小结
• 3在建筑涂料中的应用'>8 纳米 CaCO₃在建筑涂料中的应用
• 8.1 实验
• 8.1.1 主要实验原料
• 8.1.2 主要实验设备
• 8.1.3 纳米复合建筑涂料的制备方法
• 8.2 结果与讨论
• 3在外墙涂料中的应用'>8.2.1 纳米 CaCO₃在外墙涂料中的应用
• 3在内墙涂料中的应用'>8.2.2 纳米 CaCO₃在内墙涂料中的应用
• 8.3 小结
• 3复合建筑涂料的流变性'>9 纳米CaCO₃复合建筑涂料的流变性
• 9.1 实验
• 9.1.1 主要实验原料
• 9.1.2 主要实验设备
• 9.1.3 实验方法
• 9.2 结果与讨论
• 9.2.1 黏度对温度的依赖性
• 3及用量下黏度与剪切速率的关系'>9.2.2 不同纳米 CaCO₃及用量下黏度与剪切速率的关系
• 3及用量下剪切应力与剪切速率的关系'>9.2.3 不同纳米 CaCO₃及用量下剪切应力与剪切速率的关系
• 9.2.4 恒温、恒剪切速率下，黏度与剪切时间的关系
• 9.2.5 涂料的触变性
• 9.3 小结
• 10 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间主要成果
• 致谢