水性涂料用苯丙乳液的合成

目录

1.前言 (1)

1.1水性涂料的概述 (1)

1.1.1 水性涂料的历史地位 (1)

1.1.2 水性涂料的发展史 (1)

1.1.3水性涂料的分类 (2)

1.2苯丙乳液的研究进展 (2)

1.2.1 苯丙乳液乳化剂体系研究进展 (2)

1.2.2 苯丙乳液引发剂体系研究进展 (2)

1.2.3 苯丙乳液的改性及功能单体的引入 (2)

1.2.4 苯丙乳液聚合工艺研究进展 (3)

1.2.5 苯丙乳液乳胶粒子设计研究进展 (3)

1.2.6 其他新型乳液聚合技术的应用 (3)

1.3苯丙乳液的性能指标及其影响因素 (3)

1. 3. 1 苯丙乳液的性能指标 (3)

1. 3. 2苯丙乳液性能的影响因素 (3)

1.4本文研究的目的意义及主要内容 (4)

2.实验 (4)

2.1试剂与仪器 (4)

2.2乳液聚合工艺 (5)

2.2.1 单体预乳化 (5)

2.2.2 聚合 (5)

2.3乳液性能测定 (5)

2.3.1 pH值测定 (5)

2.3.1 粘度测定 (5)

2.3.3 固含量测定 (5)

2.3.4 Ca2+稳定性测定 (6)

2.3.6 转化率测定 (6)

2.3.6 吸水率测定 (6)

3.结果与讨论 (6)

3.1单体类型及其配比对乳液性能的影响 (6)

3.2乳化剂类型对乳液性能的影响 (7)

3.3乳化剂用量及配比的影响 (7)

3.4引发剂用量的影响 (8)

3.5AA用量对乳液性能的影响 (9)

3.6反应温度及反应时间 (9)

3.7加料方式的影响 (9)

4.结论 (9)

参考文献 (12)

致谢： (13)

1.前言

1.1 水性涂料的概述

1.1.1 水性涂料的历史地位

传统的溶剂型涂料含有大量的挥发性有机溶剂（VOC），在使用过程中排入大气，会破坏环境危害人们健康，同时也浪费资源和能源，所以不排放VOC或排放量严格限制在规定以下的涂料可称为“环保涂料”。目前，一般将水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料及辐射固化涂料称为环保涂料[1]。近年来，随环保意识的不断加强和环保法的日益完善，对VOC向大气的排放量限制越来越严格，加之对地球有限资源和能源的重视，使得水性涂料在全球涂料市场成为持续热点。涂料生产从依赖有机溶剂、天然树脂发展到无溶剂涂料和水性涂料。表1-1是2010年前世界工业涂料的构成，从表中可以看出水性涂料在各类涂料中的比例正在逐年递增[2]。

表 1-1 2010年前世界工业涂料的构成（%）

Table 1-1 2010，the composition of the world，s industrial coatings（%）

涂料品种 1995年 2000年 2005年 2010年

低固体分涂料 39.5 30.5 15.0 7.0

高固体分涂料 12.5 12.0 10.0 8.5

电泳涂料 8.5 10.0 15.5 17.0

其他水性涂料 14.0 16.0 19.9 22.5

粉末涂料 8.0 12.0 17.5 20.0

辐射固化涂料 3.5 4.5 6.5 7.5

1.1.2 水性涂料的发展史

中国是世界上使用天然树脂作为成膜物质的涂料大漆最早的国家，在公元220年前，大漆使用技术已成熟，早期的画家使用的矿物颜料就是水性涂料。1855年英国人帕克斯A 取得了用硝酸纤维素（硝化棉）制造涂料的专利权，建立了第一个涂料厂，1925年硝基漆的生产达到高潮。一战后，在乙炔工业发展较早的加拿大，首先发展了乳胶漆，主要在建筑方面试用并很快得到了正式使用，从1945年开始,这种产品的产量急剧增长。在1953-1954年前后酯共聚物乳液也开始使用。醋酸乙烯酯与丙烯酸酯的共聚物，在二次大战中德国已经有所研究。纯丙烯酸乳，从20世纪50年代年代开始，在欧洲和美国就已有销售, 进入60年代，在所发展的乳状液中，突出的是醋酸乙烯酯乙烯。70年代以来，水性涂料，特别是乳胶漆，作为代油产品越来越引起人们的重视。一些先进国家正以惊人的速度发展，近十多年来乳胶漆的年消费量仍以8%-9%的速度增长。90年代中期以日本立邦为首的多国大型涂料公司进入我国市场，真正揭开了现代水性新篇章[3]。

1.1.3水性涂料的分类

由于树脂水性化途径的不同，水性涂料体系通常分为三类：

①水溶性涂料以水溶性树脂为成膜物，以聚乙烯醇及其各种改性物为代表。

②胶束分散型以合成树脂乳液为成膜物配制的涂料。

③乳液乳化剂存在下进行机械搅拌，不饱和乙烯基单体在一定温度条件下聚合

而成的小粒子团分散在水中组成的分散乳液。

1.2苯丙乳液的研究进展

引入硬单体苯乙烯的丙烯酸酯类乳液体系,简称为苯丙乳液[5],通常为乳白色带蓝光的黏稠液体,在黑色的底板上涂抹乳液,其蓝光较明显。蓝光较好的乳液,说明聚合时粒径较小,质量好。国内外在苯丙乳液研究中主要取得以下几方面的成果。

1.2.1 苯丙乳液乳化剂体系研究进展

乳化剂的结构、用量以及初始阶段乳化剂与单体配比对乳液的粒径及其分布、粘度、最低成膜温度、聚合稳定性等有着十分重要的影响。

阴、非离子乳化剂的稳定机理不同，阴离子型靠静电力使乳液稳定[6]，而非离子乳化剂靠分子的空间位阻维持乳液稳定[7]，这就决定了非离子乳化剂分子远大于阴离子乳化剂，故效率低于后者。苯丙乳液用的乳化体系应以阴离子乳化剂、非离子乳化剂混用的复合乳化剂为主体，通过改变阴、非乳化剂的种类、配比和用量来调节乳液的性能，使其满足苯丙乳液不同的性能要求[8]。

1.2.2 苯丙乳液引发剂体系研究进展

引发剂的种类和用量影响聚合反应速率、单体转化率、乳胶粒的粒径、乳液的粘度和成膜性能等。当引发剂浓度增大时，体系的转化率、粘度、凝胶也会增加[9]。另外，自由基生成速率大，链终止速率亦增大，聚合物平均分子质量降低。当引发剂浓度太低时，聚合反应速率低，体系转化率低，反应不完全。因此，在反应中要选择合适的引发剂用量。

1.2.3 苯丙乳液的改性及功能单体的引入

传统的苯丙乳液主要由苯乙烯、丙烯酸酯及丙烯酸共聚而成，为了赋予苯丙乳液更加优良的性能，采引入改性单体或功能单休，可提高其性能。

聚合物之间的接枝反应能使核与壳之间形成一过渡层，从而降低核壳间的界面能，提高了2种聚合物之间的相容性及界面间的粘合力，使核壳结构的聚合物粒子更稳定[10]。在笨丙乳液中引入适量的功能性单体丙烯酸、丙烯酸胺、N-羟甲基丙烯酰胺、环氧树酯及其