丙烯酸酯类聚合物乳液的制备及其相关应用的研究

论文摘要

丙烯酸酯类共聚物乳液是丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类与其它乙烯基酯类单体进行乳液聚合的产物。目前，应用最多的是(甲基)丙烯酸酯类共聚物、醋酸乙烯／(甲基)丙烯酸酯类共聚物和苯乙烯／(甲基)丙烯酸酯类共聚物乳液。由于丙烯酸酯类聚合物乳液具有优良的耐光性、耐酸碱性和耐腐蚀性，而广泛应用于涂料、胶粘剂等。但当丙烯酸酯聚合物乳液作为聚合物水泥防水涂料的液料时，存在耐水性差、弹性差、耐候性差等缺点，影响聚合物防水涂料的防水功能。乳胶涂料低挥发有机化合物(Volatile organic compounds，简称VOC)化的关键在于改进聚合物乳液的性能，由于聚合物乳液的成膜性与最终涂膜的力学性能存在着矛盾，而当丙烯酸酯聚合物乳液作为乳胶涂料的基料时，为了兼顾聚合物乳液的成膜性和最终涂膜的力学性能，需要在乳胶涂料中加入挥发性的有机溶剂，导致乳胶涂料中VOC含量偏高。通过对乳液的粒子和性能进行预先设计，并通过丙烯酸酯类乳液的少量功能单体的引入、乳化体系和引发体系的选择以及聚合工艺三方面的手段，制备出两种分别应用于聚合物水泥防水涂料和建筑乳胶涂料的丙烯酸酯类聚合物乳液，对于提高聚合物水泥防水涂料的性价比和降低乳胶涂料中VOC的含量，具有非常重要的理论意义和现实意义。 采用预乳化半连续种子乳液聚合工艺，制备用于聚合物水泥防水液料的丙烯酸酯乳液，并在乳液聚合过程中，加入功能性单体、活性交联单体和在乳液中加入耐水性单体。研究结果表明，加入的功能性单体和采用的聚合工艺极大的提高了聚合过程的稳定性；加入的活性交联单体和耐水性单体，提高了聚合物乳液的耐候性和耐水性。对聚合物乳液流变性的研究表明，聚合物乳液属非牛顿性流体，具有假塑性流体的流变性质。 以自制的聚合物乳液为液料，普通硅酸盐水泥为粉料，研究了液粉比和助剂对聚合物水泥防水涂料的拉伸性能、耐水性、低温柔性等的影响规律。研究结果表明：成膜助剂、分散剂、增塑剂等助剂提高了聚合物水泥防水涂料的弹性和低温柔性，但成膜助剂会降低防水涂料的耐水性，分散剂对防水涂料耐水性的影响存在着一个最佳值。探讨和分析聚合物水泥防水涂料的成膜机理和防水机理，结果表明：聚合物水泥防水涂料的成膜具有挥发固化和反应固化双重特点；防水机理是通过防水涂膜本身的憎水性来进行的。 采用半连续种子乳液聚合工艺，在聚合过程中加入功能性单体和反应性交联单体—甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)，并采用氧化还原引发体系，制备出超低VOC乳胶涂料用丙烯酸酯乳液。研究了软硬单体配比、pH、HPMA和搅拌器转速等对乳液聚合过程以及乳液性能的影响。研究结果表明：当m(丙烯酸丁酯)／m(甲基丙烯酸甲酯)=80／120时，加入HPMA后，HPMA作为潜交联剂，在聚合过程中与其它单体进行共聚，由分子链间官能基反应而提高聚合物乳液的交联度，制备出的是一种自交联型乳液，在室温条件下成膜过程中自交联，提高聚合物乳液的成膜稳定性。采用材质为不锈钢的间歇反应釜和注入式循环油加热系统进行放大实验

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 乳液聚合
• 1.1.1 乳液聚合的特点
• 1.1.2 乳液聚合原理
• 1.2 乳液聚合组分
• 1.2.1 软、硬单体和功能性单体
• 1.2.2 乳化剂
• 1.2.3 引发剂
• 1.2.4 分散介质
• 1.2.5 分子量调节剂
• 1.2.6 其它组分
• 1.3 乳液聚合工艺
• 1.3.1 间歇乳液聚合
• 1.3.2 半连续乳液聚合
• 1.3.3 连续乳液聚合
• 1.3.4 预乳化工艺
• 1.3.5 种子乳液聚合
• 1.4 丙烯酸酯类乳液在建筑涂料中的应用
• 1.4.1 作为聚合物水泥防水涂料的液料
• 1.4.2 乳胶涂料的基料
• 1.5 丙烯酸酯类乳液研究进展
• 1.5.1 丙烯酸酯类乳液聚合中微量功能单体的引入
• 1.5.2 丙烯酸酯类乳液乳化体系的研究进展
• 1.5.3 丙烯酸酯类乳液引发体系的研究进展
• 1.5.4 丙烯酸酯类乳液粒子设计与聚合工艺进展
• 1.6 本论文的研究背景和研究内容
• 1.6.1 本论文的研究背景
• 1.6.2 本论文的主要研究内容
• 1.7 本论文的创新之处
• 参考文献
• 第二章 聚合物水泥防水涂料用丙烯酸酯乳液的制备
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原材料及配比
• 2.1.2 实验装置
• 2.1.3 乳液聚合工艺
• 2.1.4 分析测试
• 2.2 产品性能检测结果
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 聚合工艺对乳液聚合反应稳定性的影响
• 2.3.2 影响预乳化液稳定性的因素
• 2.3.3 聚合物乳液玻璃化温度的确定
• 2.3.4 软硬单体的配比对聚合物乳液玻璃化温度的影响
• 2.3.5 乳化剂对丙烯酸酯乳液性能的影响
• 2.3.6 聚合物乳液中MAA加入量的确定
• 2.3.7 N-羟甲基丙烯酰胺或丙烯酰胺对乳液性能的影响
• 2.3.8 耐水性单体对涂膜吸水率的影响
• 2.3.9 聚合反应温度和反应时间的确定
• 2.3.10 丙烯酸酯乳液流变性分析
• 2.3.11 丙烯酸酯乳液的结构分析
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 聚合物水泥防水涂料的配制及其防水机理
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验所用的原材料及推荐的配方
• 3.1.2 主要设备及仪器
• 3.1.3 实验过程
• 3.1.4 分析与测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 成膜助剂的选择
• 3.2.2 成膜助剂对聚合物乳液及聚合物水泥防水涂料性能的影响
• 3.2.3 分散剂对聚合物水泥防水涂料性能的影响
• 3.2.4 增塑剂邻苯二甲酸二丁酯对聚合物水泥防水涂料性能的影响
• 3.2.5 液粉比对聚合物水泥防水涂料性能的影响
• 3.3 聚合物水泥防水涂料的性能检测结果
• 3.4 聚合物水泥防水涂料的成膜机理
• 3.5 聚合物水泥防水涂料的防水机理
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 超低VOC乳胶涂料用丙烯酸酯聚合物乳液的制备
• 4.1 丙烯酸酯乳胶涂料中VOC的来源
• 4.1.1 成膜助剂
• 4.1.2 增塑剂和防冻剂
• 4.1.3 乳液中残留的单体
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原材料及配比
• 4.2.2 制备方法
• 4.2.3 丙烯酸酯乳液的性能检测
• 4.2.4 乳液性能
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 软硬单体配比的确定
• 4.3.2 HPMA的影响
• 4.3.3 pH值的影响
• 4.3.4 引发剂体系的确定
• 4.3.5 搅拌转速的影响
• 4.4 制备丙烯酸酯聚合物乳液的放大实验
• 4.4.1 放大实验的装置
• 4.4.2 放大实验过程
• 4.4.3 放大实验的基本配方
• 4.4.4 实验过程现象和产品检测结果
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 乳化剂对苯乙烯-丙烯酸酯聚合物乳液性能的影响
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 原料及配比
• 5.1.2 实验装置
• 5.1.3 实验过程
• 5.1.4 乳液性能测试及表征
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 乳化剂对苯丙乳液聚合过程稳定性的影响
• 5.2.2 乳化剂用量对乳液粒子平均粒径的影响
• 5.2.3 乳化剂对聚合物乳液机械稳定性的影响
• 5.2.4 乳化剂对聚合物乳液冻融稳定性的影响
• 6.2.5 乳化剂对聚合物乳液贮存稳定性的影响
• 5.2.6 乳化剂对聚合物乳液粘度的影响
• 5.2.7 乳化剂对聚合物乳液数均分子量的影响
• 6.2.8 乳化剂对聚合物乳液流变性的影响
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 第六章 超低VOC乳胶涂料用苯丙乳液的研制
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 实验原材料及配方
• 6.1.2 实验装置
• 6.1.3 乳液聚合工艺
• 6.1.4 乳液主要性能测试
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 核壳单体的选择及质量配比
• 6.2.2 乳化剂的影响
• 6.2.3 引发剂的影响
• 6.2.4 反应温度的影响
• 6.2.5 聚合工艺的影响
• 6.2.6 壳反应阶段物料加入方式的影响
• 6.2.7 聚合物乳液具有核壳结构的验证
• 6.2.8 苯丙乳液的FTIR谱图
• 6.2.9 核壳结构聚合物乳液与非核壳结构聚合物乳液性能的比较
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 第七章 超低VOC建筑乳胶涂料的配制
• 7.1 乳胶涂料的配方设计
• 7.1.1 乳胶涂料的配方组成
• 7.1.2 乳胶涂料配方设计中的颜基比
• 7.1.3 配方设计中的PVC和CPVC
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 实验用原材料
• 7.2.2 乳胶涂料的配制
• 7.2.3 乳胶涂料主要性能测试
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 颜料体积浓度对乳胶涂料光泽的影响
• 7.3.2 填料类型对乳胶涂料光泽的影响
• 7.3.3 填料用量对乳胶涂料性能的影响
• 7.3.4 颜基比对乳胶涂料性能的影响
• 7.3.5 颜基比对乳胶涂料耐沾污性能的影响
• 7.3.6 分散剂的选择
• 7.3.7 增稠剂的选择
• 7.3.8 其它助剂的选择
• 7.4 超低VOC乳胶涂料的参考配方
• 7.5 乳胶涂料性能检测结果
• 7.6 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 攻读学位期间发表的与学位论文相关的学术论文
• 致谢