外墙涂料用丙烯酸酯无皂乳液聚合的研究

论文摘要

由于丙烯酸酯乳液具有耐热、耐光和耐老化等优点,在涂料工业中得到了广泛的应用,但普通的丙烯酸酯乳液还存在耐水性差、易起泡、附着力差、硬度低以及含乳化剂的废液会对环境造成污染等缺点,用其配制成的涂料的耐水性、耐沾污性能也受到一定影响,从而制约了丙烯酸酯系列外墙乳胶涂料的大面积推广应用,因此改善乳液耐水性、起泡性和附着力等性能势在必行。而无皂乳液聚合体系中完全不含或仅含微量（其浓度小于临界胶束浓度）乳化剂,与常规乳液聚合相比,无皂乳液的单分散性胶粒表面洁净,消除了亲水表面活性剂的影响,使聚合物具有较好的物理-化学性能、机械性能和黏结性能,可以得到高性能的涂料。本论文采用两条技术途径制备高性能无皂丙烯酸乳液:（1）自制乳化剂:以丙烯酸（AA）和丙烯酸丁酯（BA）作为聚合单体,过硫酸钾作引发剂、十二烷基硫醇（DDM）为链转移剂、NaHCO3作为缓冲剂进行乳液聚合,得到具有良好乳化性能的P（BA/AANa）低聚物。通过实验确定BA/AA的最佳配比为3/7,然后以此低聚物为乳化剂进行无皂乳液聚合,低聚物P（BA/AANa）用量在2.5%时,乳液及其涂料综合性能最好。交联单体在壳层聚合中的引入可以改善乳液耐水性能,其用量以占壳层单体总量的1.5%为宜。（2）使用反应性乳化剂:反应性乳化剂具有聚合活性,其反应性官能团能参与乳液聚合反应,以共价键的方式键合到聚合物粒子表面,成为聚合物的一部分,避免了乳化剂从聚合物粒子上解吸或在乳胶膜中迁移,大大减少了乳胶膜表面的亲水基团,从而能提高涂料的附着力、耐水性和抗沾污性。本论文中使用的反应性乳化剂有甲基烯丙羟丙磺酸钠HPMAS、烯丙氧基羟丙磺酸钠HAPS、乙烯基磺酸钠SVS、烷基酰胺乙烯磺酸钠DNS-86、烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸铵SE-10N、十一烯酸钠NaUA,对它们单独使用、相互复配或与常规乳化剂复配来制备高性能无皂乳液。经大量实验得出,DNS-86、SE-10N、NaUA的乳化能力佳,可单独使用。综合考虑乳液及其涂料各项性能指标,确定反应性乳化剂SE-10N的适宜掺量为1.0%～1.5%, NaUA的适宜掺量为2.7%,DNS-86的适宜掺量为1.0%。而在这三种乳化剂中,又以DNS-86最佳。将它们与常规乳液相比,附着力、起泡性、胶膜吸水率都明显改善。反应性乳化剂SE-10N、NaUA、DNS-86两两复配体系对乳液耐水性、吸水率、固含量都有一定程度的改善。综合各项性能指标,SE-10N和DNS-86以0.6/0.5,SE-10N和NaUA以0.6/1.5,NaUA和DNS-86以1.0/0.7为最佳复配比例,三者之中又以NaUA和DNS-86复配效果最好。SE-10N、NaUA、DNS-86与其它种类反应性乳化剂SVS、HAPS、HPMAS复配制得的乳液成膜后吸水率小,胶膜耐水性明显改善,配制的涂料耐水性也相应提高,它们对性能的改善效果为SVS>HAPS>HPMAS,但用量不宜太多。上述各种阴离子型反应性乳化剂与常规非离子乳化剂OP-10复配,较之纯阴离子型反应性乳化剂体系,反应稳定性好,乳胶粒径较小,且单分散性较好,但起泡性、耐水性能不太理想。总的看来,无皂乳液及其涂料在耐水性、起泡性、耐沾污性、附着力、硬度等性能上比常规乳液有了很大改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 乳液聚合理论研究进展
• 1.2 乳液聚合技术的新进展
• 1.3 无皂乳液聚合技术发展
• 1.3.1 聚合反应机理
• 1.3.2 无皂乳液聚合技术
• 1.4 丙烯酸酯及其共聚物乳液
• 1.5 本论文的研究背景、研究内容、研究意义
• 1.5.1 论文的研究背景和意义
• 1.5.2 论文的研究内容和创新
• 2 丙烯酸酯无皂乳液合成
• 2.1 合成原材料与实验仪器
• 2.1.1 合成原材料与试剂
• 2.1.2 乳液合成及性能测试实验设备
• 2.2 乳液性能测试项目及方法
• 2.2.1 乳液涂膜吸水率
• 2.2.2 乳液起泡性
• 2.2.3 乳液粒径
• 2.2.4 乳液成膜性能
• 2.2.5 聚合稳定性（凝胶率）
• 2.2.6 乳液固含量
• 2.2.7 乳液涂膜耐水性
• 2.2.8 乳液粘度
• 2.3 乳液合成试验
• 2.3.1 乳液配方设计
• 2.3.2 乳液合成工艺
• 3 无皂乳液性能分析
• 3.1 自制乳化剂的无皂乳液性能分析
• 3.1.1 P（BA/AANa） 低聚物的合成
• 3.1.2 P（BA/MMA）的合成
• 3.2 使用反应性乳化剂聚合的无皂乳液性能分析
• 3.2.1 反应性乳化剂SE-10N 掺量对乳液性能的影响
• 3.2.2 反应性乳化剂NaUA 掺量对乳液性能的影响
• 3.2.3 反应性乳化剂DNS-86 掺量对乳液性能的影响
• 3.2.4 三种无皂乳液与常规乳液比较
• 3.2.5 反应性乳化剂复配
• 3.3 本章小结
• 4 无皂乳液外墙涂料配制与性能分析
• 4.1 实验原材料及仪器
• 4.1.1 外墙涂料基本配方
• 4.1.2 涂料性能测试仪器
• 4.2 涂料配制工艺
• 4.3 涂料性能测试方法
• 4.3.1 涂料取样
• 4.3.2 试板的制备
• 4.3.3 涂膜表干时间的测定
• 4.3.4 外墙乳胶涂料的耐沾污性检测
• 4.3.5 漆膜吸水率
• 4.3.6 外墙乳胶涂料的耐水性检测
• 4.3.7 外墙乳胶涂料的耐碱性检测
• 4.3.8 外墙乳胶涂料的附着力检测
• 4.3.9 外墙乳胶涂料的硬度检测
• 4.4 自制乳化剂体系涂料性能分析
• 4.4.1 低聚物P（BA/AANa）用量的影响
• 4.4.2 交联单体HEMA 用量的影响
• 4.5 反应性乳化剂对涂料性能的影响
• 4.5.1 反应性乳化剂SE-10N 掺量对涂料性能的影响
• 4.5.2 反应性乳化剂NaUA 掺量对涂料性能的影响
• 4.5.3 反应性乳化剂DNS-86 掺量对涂料性能的影响
• 4.5.4 三种无皂乳液涂料与常规涂料比较
• 4.5.5 乳化剂复配体系对涂料性能的影响
• 4.6 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录