复合调湿材料的制备及其在涂料中的应用研究

论文摘要

空气湿度,无论对人们的身心健康、产品的生产,还是对物品的保护都具有重要意义。调湿材料不需要借助人工能源和机械设备,依靠自身吸放湿性能,感应并自动调节空气相对湿度,符合环保可持续发展的要求;将其制成调湿涂料,可实现对建筑空间的湿度控制调节。调湿涂料属于亲水性涂料,易吸水导致涂膜耐水性下降,因而要求成膜物质具有较高的耐水性和附着力。采用有机硅单体改性丙烯酸酯乳液,可得到超耐候性、高耐污染性、透气性,以及硬度、耐水性、附着力等性能优异的涂膜,符合调湿涂料使用。本文以制备复合调湿材料、硅丙乳液及其在调湿涂料中的应用为目标。通过调湿材料和调湿涂料的吸放湿特性实现对空间相对湿度的控制。首先,通过水溶液插层聚合法制得聚（丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）-蒙脱土（P（AM/AMPS）-MMT）复合调湿材料。IR、XRD和SEM等表明,AM和AMPS在MMT片层间共聚合,并使之剥离;当P（AM/AMPS）:MMT（质量比）=10时,插层效果明显。TGA表明,复合材料的热稳定性提高。分析了温度和湿度等环境因素对复合调湿材料在封闭空间的平衡含湿量和吸/放湿特性的影响;并确定工艺因素:反应温度60℃、P（AM/AMPS）:MMT=10、引发剂用量为单体质量的0.5%时,所得调湿材料吸放湿性能最好。其次,以丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）为主单体,γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷（KH-570）为改性单体、甲基丙烯酸羟乙酯（HAMA）为功能单体制备有机硅-丙烯酸酯共聚乳液。试验证实,采用预乳化种子微乳液聚合工艺,聚合温度80℃、搅拌速度190～200rpm,反应体系pH 6～7,有机硅单体与丙烯酸酯单体在反应过程中混合加入时,所得乳液粒径小,且聚合稳定性好。IR显示,有机硅链节有效的接枝到了聚丙烯酸酯主链上。TGA显示,在丙烯酸酯乳液中引入有机硅,耐热性能大大提高。当MMA:BA（质量比）为55:45,引发剂、乳化剂（非/阴离子乳化剂配比2:1）、HEMA和KH-570的用量分别为单体总量的0.4%、4%、4%和12%时,聚合体系稳定且胶膜的耐水性和附着力等性能优越。再次,以自制硅丙乳液为成膜物质,添加P（AM/AMPS）-MMT复合型调湿材料、颜料和其它助剂制备调湿涂料。当颜料基料比为2.5:1,复合调湿材料为涂料固料量17.6%时,调湿涂膜的亲水性和吸放湿性能较好,但附着力和耐水性下降。采用双层涂布工艺,以纯硅丙乳液为底漆,调湿涂层为面漆,可以得到亲水性、耐水性和附着力俱佳的双层调湿涂层。最后,对调湿涂料在封闭空间的调湿性能进行测试。结果表明调湿涂层可以在高湿环境下吸湿,以降低环境湿度;在低湿环境下放湿,提升环境湿度,从而达到调湿控湿的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.1.1 湿度的重要性
• 1.1.2 湿度控制调节的手段
• 1.2 调湿涂料的基本组成
• 1.3 调湿材料研究进展
• 1.3.1 调湿材料的调湿原理
• 1.3.2 调湿材料的种类和研究现状
• 1.3.3 调湿材料的调湿性能评价及应用改进
• 1.4 有机硅氧烷-丙烯酸酯乳液研究进展
• 1.4.1 物理共混法
• 1.4.2 化学共聚法
• 1.4.3 在涂料中的应用
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 水溶液插层聚合法制备P（AM/AMPS）-MMT 复合调湿材料
• 2.1 引言
• 2.2 P（AM/AMPS）-MMT 复合调湿材料的制备
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 主要实验仪器
• 2.2.3 实验内容
• 2.2.4 表征测试
• 2.3 P（AM/AMPS）-MMT 复合调湿材料的调湿性能实验
• 2.3.1 调湿材料的主要性能参数
• 2.3.2 实验装置及实验过程
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 复合调湿材料表征测试分析
• 2.4.2 复合调湿材料的调湿性能测试
• 2.4.3 复合调湿材料与无机调湿材料调湿能力的对比
• 2.4.4 工艺因素对调湿材料调湿性能的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 有机硅-丙烯酸酯共聚微乳液的制备和性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 有机硅氧烷单体的聚合反应机理和种类选择
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 实验原料
• 3.3.2 主要实验仪器
• 3.3.3 工艺流程图
• 3.4 产物性能测试和表征
• 3.4.1 乳液（胶膜）性能测试
• 3.4.2 胶膜的性能表征
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 IR 分析
• 3.5.2 TGA 分析
• 3.5.3 聚合工艺对乳液性能的影响
• 3.5.4 反应温度和搅拌速度的影响
• 3.5.5 反应体系pH 值的影响
• 3.5.6 有机硅单体加入方式对乳液聚合稳定性的影响
• 3.5.7 硬软单体配比对胶膜性能的影响
• 3.5.8 引发剂对乳液性能的影响
• 3.5.9 乳化剂配比及用量的影响
• 3.5.10 功能单体HEMA 用量的影响
• 3.5.11 有机硅氧烷单体用量的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 调湿涂料的制备与应用
• 4.1 引言
• 4.1.1 调湿涂料的基本组成
• 4.1.2 调湿涂料的配制方法
• 4.2 调湿涂料的制备
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 主要实验仪器
• 4.2.3 调湿涂料的配方和工艺
• 4.2.4 涂膜的制备
• 4.3 调湿涂料的性能表征
• 4.3.1 调湿材料常规性能测试
• 4.3.2 调湿涂膜调湿性能测试
• 4.4 单层涂布调湿涂料的性能测试
• 4.4.1 颜料基料比对涂膜常规性能的影响
• 4.4.2 颜料基料比对涂膜调湿性能的影响
• 4.4.3 调湿材料对涂膜常规性能的影响
• 4.4.4 调湿材料对涂膜调湿性能的影响
• 4.5 双层涂布工艺的研究
• 4.6 调湿涂料在封闭空间的调湿性能的测试
• 4.6.1 吸湿性能实验
• 4.6.2 放湿性能实验
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢