化工类毕业论文-范本丙烯酸系核壳乳液的合成及其在耐沾污外墙涂料中的应用

1、化工类毕业论文-范本丙烯酸系核壳乳液的合成及其在耐沾污外墙涂料中的应用 重庆大学硕士学位论文 丙烯酸系核壳乳液的合成 及其在耐沾污外墙涂料中的应用 硕士研究生：徐丽娜 指导教师： 陈明凤 副教授 学科专业： 材料学 重庆大学材料科学与工程学院 二 oo 五年五月 master. dissertation of chongqing university polyacrylate core-shell emulsion polymerization and its application in the stain-resisting exterior coating author: xu lina

2、 supervisor: vice-prof. chen mingfeng major: material science college of material science and engineering chongqing university may 2005 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘 要 外墙涂料色彩丰富，饰面灵活多样，能表达丰富的设计风格；施工简便，维 护更新容易；自重轻，安全可靠，正在成为我国建筑外墙饰面材料的主导。我国 正处于城镇化建设高峰期，高品质外墙涂料有广阔的需求空间和发展潜力。 水性乳胶涂料取代传统溶剂性涂料是建筑涂料的重要发展趋势，但抗污染能 力不足大大制

3、约了外墙乳胶涂料在我国的推广应用。乳胶涂料耐污染能力很大程 度上取决于乳液的抗沾污能力。本课题基于“乳胶粒子设计”思想，在不改变乳 液单体组成的前提下控制乳液粒子结构，使核层和壳层具有不同的玻璃化转变温 度，软相能够使乳液具有较低的 mft ，既使涂料室温成膜性能较好，硬相则赋予 涂膜较高的硬度，从而改善丙烯酸系外墙乳胶涂料的抗沾污能力。 论文主要研究丙烯酸酯核壳乳液的配方设计及合成工艺，利用 tem 对乳胶粒 子形貌进行表征，采用马尔文激光粒度分布仪对乳液粒径及粒径分布进行测定； 系统研究乳化剂类型、乳化剂复合、乳化剂掺量以及核壳两阶段乳化剂用量比对 核壳乳液性能及涂料综合性能的影响；通过改

4、变核壳单体比例，分别研究壳层厚 度对内硬外软型乳液和内软外硬型乳液成膜性和胶膜硬度的影响；壳层聚合时， 引入适量功能单体改变壳层极性，研究壳层极性对乳液性能的影响规律。在此基 础上，采用自制乳液配制外墙乳胶涂料，重点研究各因素对外墙涂料耐沾污性的 影响规律。 通过试验，确定了核壳乳液合成配方和工艺路线，优化了工艺参数如加料方 式、反应温度、控温制度、搅拌速率、ph 值调节等，合成出具有正常核壳结构的 乳液。 tem 乳胶粒子形貌测试表明，乳胶粒子具有典型的核壳结构，马尔文激光 粒度分析测试表明乳胶粒子粒径集中在 100nm 左右。 研究表明，乳化剂对乳液及涂料综合性能影响显著。采用阴离子乳化剂

5、 sds 与非离子型乳化剂复合使用，乳液稳定性好；随着乳化剂用量的增加，乳胶粒子 粒径减小，但乳胶膜的吸水率显著升高，乳化剂的适宜用量为单体总量的 3%4% 。 乳液聚合两阶段乳化剂用量比为 2:1 ，乳液聚合稳定性及乳液综合性能较好。自制 乳液所配制的外墙涂料的综合性能较好，耐沾污性优良。 壳层厚度是影响乳液成膜性能与涂膜硬度的关键因素。对内硬外软型乳液而 言，核壳单体比例为 1:1 时，相对于同样单体配比的常规乳液内硬外软型乳液成膜 良好，所配制的外墙涂料耐沾污性有较大幅度的提高。而对于内软外硬型乳液而 言，核壳单体比例为 3:2 时，乳液成膜性能与膜性能可以得到很好的平衡。在壳层 引入适

6、量丙烯酸和苯乙烯单体后，乳胶粒子表面极性显著改变，并最终影响涂膜 的表面极性和耐沾污性。 i 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 涂料耐沾污性测试结果显示了核壳乳液在改善外墙涂料耐沾污性方面的优 势。 关 键 词 ： 丙 烯 酸 酯 ， 核 壳 乳 液 聚 合 ， 外 墙 涂 料 ， 耐 沾 污 性 ii 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 abstract the color of exterior coatings is abundant, the veneer is flexible and diversiform, and so coating can meet deferent styles

7、 of design. coating can be easily safeguarded and retreated, is safe and reliable, with a lightweight. therefore it is becoming the leading factor of the exterior ornament materials. at present, the urbanization and small town development of our country is in a peak period, so high quality exterior

8、coatings are demanded greatly and have a wide development potentialities. using waterborne coating to replace solvent coating as exterior coating is an orientation for the development of building coating. what restricted the application and development of emulsion coating is its insufficient of stai

9、n resistance ability. the emulsion is one of the most important determinants of emulsion coatings performance, so the stain-resistance ability of coating depends on the stain-resistance ability of emulsion to a great extent. in this article, on the basis of “the latex particle design”, the emulsion

10、whit hard-core/soft-shell structure and the emulsion with soft-core/hard-shell were prepared by multisteps polymerization, with same kind of monomers. the tg of the core polymer and shell polymer of the latex particle that produced by core-shell emulsion polymerization are different. the soft phase

11、provided a lower mft to emulsion, which means the good film form ability to the exterior coating. while the hard phase contribute to a higher rigidity of exterior coating. therefore, core-shell emulsion helps to improve the stain resistance ability of acrylic emulsion exterior coating. in this artic

12、le, formula ingredients and polymerization technology were studied, the transmission electron micrograph tem was adopted to test the structure of latex particle of emulsion, and the malvern laser zatasizer nano-zs90 was used to test the size distribution of latex particle. the influence of parameter

13、s on the comprehensive performance of core-shell emulsion and exterior coating were study systematically. the parameters include emulsifiers kind and concentration, the ratio of anionic and nonionic emulsifier, and the emulsifier dosage in two steps. the influence of shell thickness on the comprehen

14、sive performance of core-shell emulsion and latex film was studied by changing the ratio of core monomer and shell monomer. introduce functional monomer within measure to shell polymerization to study the effect of the polarity of shell polymer on the performance of core-shell emulsion. preparing ex

15、terior coating with these core-shell emulsions, the influence law of every factor on the stain resistance ability of them were hoped to be fined iii 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 ultimately. through the experiment the prescription design and craft were fixed, and the operation parameters were optimized. the param

16、eters include feed method, the drop speed of monomer, the reaction temperature, mix speed, and ph value regulate etc. the test of tem proved the latex particle is core-shell structure. and with the malvin laser granularity distribution analyzer, it is found that most size of core-shell latex particl

17、e centralizes to 100nm. the tests showed emulsifier effect markedly on comprehensive performance of core-shell emulsion and coating film. adopted the composite of anionic emulsifier sds and non-ionic emulsifier op-10 , the stability of the core-shell emulsion is good. with the increase of the consum

18、ption of the emulsifier, the size of particle is reduced directly, but the water absorption rate of the emulsion film rises notably. the perfect level of emulsifier is 3%4%, the emulsifier amount ratio at core and shell stage is 2/1. polymerized in this project, the stability of polymerization and c

19、omprehensive performance of emulsion is very well. prepared with those emulsions, the comprehensive performance of exterior coating is good. especially, the stain-resistance ability of the exterior coating is very well. shell thickness is one of the key factors that influence the film form ability o

20、f core-shell emulsion and the rigidity of latex film. in the case of hard-core/soft-shell emulsion, when the ratio of hard/soft monomers is mma /ea 50/50 the film form ability of core-shell emulsion is better than that of normal emulsion, stain-resistance ability of the coatings prepared with core-s

21、hell emulsion is better too. in the case of soft-core/hard-shell emulsion, when the ratio of soft/hard monomers is ba /mma 60/40 the film form ability of core-shell emulsion and performance of latex film can get a good effect at same time. introducing st monomer, mma monomer etc. within measure to s

22、hell polymerization, polarity of shell polymer is affected noteblily. finally, surface polarity and stain-resistance ability of coating film are affected. tests proved that the core-shell emulsion has good performance in improving stain-resistance ability of exterior coating. keywords : acrylate emu

23、lsion，core-shell emulsion polymerization，exterior emulsion coatings，stain resistance iv 目 录 中文摘要.i 英文摘要. iii 1 绪 论. 1 1.1 外墙涂料推广应用背景 . 1 1.2 建筑外墙涂料的应用现状与发展趋势 . 2 国外建筑外墙涂料的研究应用现状. 2 国内建筑外墙涂料的应用现状. 3 外墙涂料研究发展趋势 . 3 我国外墙乳胶涂料推广应用中存在的主要问题. 4 1.3 外墙乳胶涂料的沾污机理、影响因素及改善措施 . 4 外墙乳胶涂料的沾污机理 . 4 影响外墙乳胶涂料涂层沾污的因素 .

24、 5 提高外墙乳胶涂料的耐沾污性的措施 . 6 1.4 外墙乳胶涂料用丙烯酸基乳液的研究应用 . 8 丙烯酸基外墙乳胶涂料用乳液的应用现状 . 8 提高丙烯酸酯乳液性能的方法 . 8 1.5 核壳乳液的设计思想及其在改善外墙乳胶涂料耐沾污性方面的应用. 10 概述 . 10 常用核壳乳液聚合工艺 . 11 核壳乳液乳胶粒结构及其影响因素 . 11 核壳乳液在改善外墙涂料耐沾污性方面的应用. 12 1.6 课题目的、意义和研究内容 . 13 2 核壳乳液配方设计与合成工艺. 16 2.1 实验原材料及实验方法 . 16 实验原材料及设备 . 16 乳液性能测试项目及方法. 16 2.2 核壳乳液

25、的配方设计 . 18 单体选择 . 18 乳胶粒子结构设计 . 19 乳化剂选择与用量 . 19 引发剂. 20 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 ph 值调节剂及其它助剂. 20 2.3 核壳乳液合成配方及工艺 . 21 核壳乳液聚合配方表 . 21 核壳乳液聚合工艺 . 21 3 影响核壳乳液性能的因素. 23 3.1 聚合反应条件对核壳乳液的影响 . 23 核层聚合阶段聚合工艺 . 23 核壳乳液聚合工艺条件 . 24 核壳乳液形貌的观测 . 24 3.2 乳化剂对乳液聚合及乳液性能的影响 . 26 乳化剂复合配比对乳液聚合及乳液性能的影响. 26 乳化剂用量对乳液聚合及乳液性能的影响 .

26、 27 核壳两阶段乳化剂用量对乳液聚合及乳液性能的影响. 29 3.3 乳胶粒子形态对乳液性能的影响 . 30 乳胶粒子类型对乳液性能的影响 . 30 乳胶粒子壳层厚度对核壳乳液性能的影响 . 31 3.4 乳胶粒子壳层单体性质对乳液性能的影响 . 32 内硬外软型乳液的壳层单体性质对乳液性能的影响. 33 内软外硬型乳液的核壳层单体性质对乳液性能的影响. 34 3.5 本章小结 . 36 4 核壳乳液在外墙涂料中的应用. 38 料及设备 . 38 外墙涂料基本配方 . 38 涂料性能测试试验仪器 . 38 4.2 涂料配制工艺 . 38 4.3 涂料性能检测 . 39 4.4 乳化剂对外墙涂

27、料性能的影响 . 40 乳化剂用量对外墙涂料的性能的影响 . 40 乳液聚合核壳两阶段乳化剂用量对涂料性能的影响. 41 4.5 乳胶粒子形态对涂料性能的影响 . 43 乳胶粒子类型对涂料性能的影响 . 43 乳胶粒子壳厚度对外墙涂料性能的影响 . 44 4.6 壳层单体性质对外墙涂料性能的影响 . 46 内硬外软型乳液的壳层单体性质对外墙涂料性能的影响. 46 2 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 内软外硬型乳液的壳层单体性质对外墙涂料性能的影响. 49 4.7 本章小结 . 54 5 结 论. 56 致 谢. 58 参考文献. 59 附 录. 62 3 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 1 绪

28、 论 1.1 外墙涂料推广应用背景 随着国民经济的迅速发展，我国城市化建设进程逐步扩大，带动了建筑业的 高速发展，每年有大量工业及民用建筑的基建和翻新维修工程，对外墙装饰材料 的需求量巨大。目前，较常用的建筑外墙饰面材料有玻璃幕墙、装饰石材、外墙 饰面砖、铝塑复合板、外墙涂料等。其中，面砖是过去的几十年里应用最多最广 的品种之一，但面砖的缺点很多，如能耗大（瓷砖原材料主要为黏土，生产过程 需要高温烧结，消耗大量的土地资源和能源）、有安全隐患、色调单一等。装饰石 材（如花岗岩、大理石等）有耐酸碱、耐日晒雨淋、耐冻等优点，但 存在天然色 差，暗纹受外界振动形成明纹，易断裂，吸水性、吸油性强，耐火性

29、差，遇火后 石板易爆裂等缺点，另外装饰石材还有施工困难、造价较高、有辐射、存在安全 1 隐患等问题 。玻璃幕墙的优点有质轻，造型简洁、立面整体装饰效果好，能反映 周围的景色，并且将墙与窗合二为一等，但造价较高，存在安全隐患和“光污染” 现象2,3 。铝塑复合板与传统的建筑装饰材料相比，不但具有质轻、隔音、防火、 防水、耐候、高强度、易安装施工等实用性，其装饰效果也很好， 但其价格相对 昂贵，使其应用受到了限制4,5 。 建筑涂料是一种以装饰功能为主，兼具保护功能、调节建筑物的使用功能以 及多种特种功能的饰面材料6 。涂料品种繁多、色彩丰富，可满足外墙装饰的不同 档次与设计风格的要求；施工翻新简

30、便，可保持建筑物的新鲜感；涂料的自重轻， 无安全隐患，外墙采用涂料装饰可以大大降低建筑物的自重，有利于建筑物的防 震抗震，因此越来越多的建筑物和构筑物采用外墙涂料装饰。 针对我国外墙装饰材料的应用现状及存在的问题，各级政府及部门陆续颁布 了相关规定推广使用外墙涂料。例如，建设部关于加强建筑涂料生产与应用管 理工作的意见建科2002209号规定：采取措施逐步限制使用能耗大、安全性差 和污染环境的外墙装饰材料，优先使用高性能外墙涂料。提倡在住宅、工业建筑、 公共建筑及构筑物等装修工程中应用建筑涂料，多层住宅及一般工业建筑和公共 建筑的外墙装饰宜使用寿命期5年以上的建筑涂料，高层建筑宜使用寿命期10年以 上的建筑涂料。国家化学建材产业“十五”计划和2010年发展规划纲要规定：外 墙装饰材料的改革发展目标是，2005年建筑涂料在外墙装饰的应用占45%