水性自干型有机氟硅改性丙烯酸酯树脂的合成与应用研究

论文摘要

本文通过正交实验研究了溶液聚合合成自干型水分散氟硅改性丙烯酸树脂的影响因素,系统地分析了各个因素对于树脂成膜后的不同性能的显著性影响。并通过对工艺的改进与分析,找出了较佳的反应条件:甲基丙烯酸甲酯（MMA）:丙烯酸丁酯（BA）:苯乙烯（ST）:丙烯酸-β-羟丙酯（HPA）:叔碳酸乙烯酯（VeoVa）= 50:10:8:4:2 （质量比）。采用三甲氧基甲基硅烷（MTOS）作为硅改性单体,丙烯酸六氟丁酯（6F）作为氟改性单体,乙二醇单丁醚（EGBE）作为溶剂,合成出稳定存放的自干型水分散氟硅改性丙烯酸树脂。通过析因实验分析了氟元素含量（元素质量含量）、硅元素含量、亲水基团含量的交互影响,讨论了氟、硅含量对树脂成膜性能的影响趋势。研究结果表明,亲水基团在10 %,氟含量在10 %,硅含量在1 %时能突出改进树脂的硬度和耐水性;且可以通过调整各单体的比例来满足实际应用对树脂不同性能的要求。研究发现单独使用MTOS改性时,当硅含量3 %,树脂成本低,实用性强,非常适合工业生产及应用。采用核壳乳液聚合法合成了氟硅改性丙烯酸酯核壳乳液。以过硫酸铵（APS）为引发剂,十二烷基硫酸钠（SDS）和壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10）的混合物为乳化剂,MMA、BA、丙烯酸（AA）、VeoVa为核壳聚合基本单体,HPA、乙烯基碳酸乙烯酯（VEC）为交联基团改性单体,γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（DB-570）、MTOS作为硅改性单体,甲基丙烯酸十二氟庚酯（12F）作为氟改性单体,合成出核结构直径约100-150nm,壳结构厚度约40-60nm粒子大小较均匀的核壳乳液,并通过投射电镜研究乳液粒子形貌。使用5 %（质量百分比）乙二醇单丁醚（EGBE）作为乳液的成膜剂,改善成膜附着力。通过MTOS与DB-570硅改性,12F进行氟改性,有助提高漆膜硬度与耐水性。采用氮丙啶（AZ）作交联剂讨论成膜后的应用性能,比较出VEC单体引入对比HPA性能提高更为明显。通过对膜性能分析,当改性单体VEC:DB-570:MTOS:12F=2:2:2:5,添加EGBE作成膜助剂、AZ交联核壳乳液时,改性后丙烯酸乳液硬度、膜耐水性、附着力、柔韧性和表面性能均有较大提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 丙烯酸酯树脂
• 1.1.1 水性丙烯酸酯树脂的特点
• 1.1.2 改性丙烯酸酯树脂
• 1.2 丙烯酸酯聚合的特点
• 1.2.1 溶液聚合的特点
• 1.2.2 乳液聚合的特点
• 1.3 水性氟、硅改性树脂的研究现状
• 1.3.1 水性氟改性树脂
• 1.3.2 水性硅改性树脂
• 1.3.3 水性氟硅混合改性树脂
• 1.4 成膜助剂应用及树脂成膜机理
• 1.4.1 成膜助剂应用
• 1.4.2 树脂成膜机理
• 1.5 交联固化剂应用
• 1.5.1 交联型乳液涂料用固化剂的进展
• 1.5.2 氮丙啶交联应用及其机理
• 1.6 本文研究思路与研究内容
• 1.6.1 研究思路
• 1.6.2 研究内容及创新性
• 第二章 水分散型氟、硅改性丙烯酸酯树脂的合成及其配方研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器及设备
• 2.2.3 实验方案与合成方法
• 2.2.4 分析及检测方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 MMA对各项性能的影响
• 2.3.2 HPA对各性能影响
• 2.3.3 VeoVa对各性能影响
• 2.3.4 溶剂选择对性能的影响
• 2.3.5 含氟单体的选择
• 2.3.6 滴加工艺的选择和改进
• 2.4 本章小结
• 第三章 氟硅含量对于水分散型改性丙烯酸酯树脂的性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器及设备
• 3.2.3 实验方案与合成方法
• 3.2.4 分析及检测方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 聚合物结构分析
• 3.3.2 析因数据分析及讨论
• 3.3.3 氟单因素实验分析与讨论
• 3.3.4 硅单因素实验分析与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 核壳型氟硅改性丙烯酸酯乳液的合成及其膜性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器及设备
• 4.2.3 实验方案与合成方法
• 4.2.4 分析及检测方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 TEM分析
• 4.3.2 成膜助剂对于成膜性能影响
• 4.3.3 MTOS的硅改性分析
• 4.3.4 DB-570 的硅改性分析
• 4.3.5 12F的氟改性分析
• 4.3.6 氮丙啶交联
• 4.3.7 HPA与VEC的改性分析比较
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢