仿生自清洁外墙涂料的制备

【摘要】：本文介绍了外墙涂料的污染机理和荷叶自清洁原理，研制出一种新型能形成疏水性漆膜的涂料，并探讨了乳液、颜基料、助剂等对此种漆膜性能的影响。 涂料水性化技术在过去的三十年里得到了迅速的发展，由于对环境法规的日益重视，乳胶涂料特别是外墙乳胶涂料获得到广泛的应用。外墙采用水性涂料装饰是建筑涂料发展的必然趋势，自清洁外墙涂料由于其优异的耐沾污性能具有很大的应用前景。 有机硅改性的丙烯酸酯(硅丙)乳液具有优异的耐候性和抗沾污性能，是一种理想的外墙涂料基料。在实验过程中，以过硫酸钾为引发剂，在阴／非离子复合乳化剂存在下，采用预乳化种子乳液聚合工艺合成了有机硅丙烯酸酯共聚乳液。讨论了单体的种类、配比以及各种合成工艺条件，如聚合温度、引发剂用量等对乳液性能和涂膜性能的影响。乳化剂是乳液稳定性主要影响因素，因此对乳化剂的影响进行了全面的探讨，包括乳化剂的浓度、阴离子型与非离子型乳化剂的比例对乳液机械稳定性、钙离子稳定性的影响。 研究结果表明，在丙烯酸酯乳液中添加有机硅氧烷，可以提高乳液聚合物的玻璃化转变温度，同时提高聚合物涂膜的耐水性、耐化学性和热稳定性等。但是添加有机硅单体要适量，否则当有机硅氧烷用量过大时，因为有机硅的自身水解聚合将导致乳液稳定性下降。利用TEM、SEM等测试手段研究了共聚物的结构和性能，并采用建筑涂料测试标准(GB／T9755-1995)检测涂料的相关性能。涂料的耐沾污性、耐候性、附着力等性能均超过相应国标。 采用自制有机硅氧烷丙烯酸酯乳液作为外墙涂料的成膜基料进行应用实验，结果表明基料和颜料种类及用量对乳胶涂料的性能有重要的影响。不同基料对乳胶涂料的耐候性、耐沾污性的影响最为显著。 同时，我们对颜填料——针状硅灰石粉进行改性，以提高涂膜的疏水性能。结果显示，硅灰石的改性时间、改性温度、改性剂用量、转子转速等工艺条件对硅灰石粉的改性效果有影响。改性后的硅灰石粉在外墙涂料中使用，可以提高涂膜的耐沾污性、耐老化和自清洁性能。 【关键词】：仿生 自清洁 外墙涂料 硅丙乳液 疏水性 接触角 硅灰石 微晶蜡
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TQ630.7
【目录】：

• 第一章 文献综述11-26
• 引言11
• 1．1 外墙涂料的发展现状11-12
• 1．1．1 国内外墙涂料的现状11-12
• 1．1．2 国外外墙涂料的现状12
• 1．2 建筑涂料用丙烯酸酯乳液的技术进展12-13
• 1．3 有机硅改性丙烯酸酯乳液的方法13-15
• 1．3．1 物理改性法13-14
• 1．3．2 化学改性法14-15
• 1．4 外墙涂层污染的类别和污染形成的原因分析15-16
• 1．5 自清洁外墙涂料16-22
• 1．5．1 基于憎水特性的自清洁涂料16-19
• 1．5．2 仿生自清洁涂料的原理19-20
• 1．5．3 基于亲水性表面的耐沾污涂料20-21
• 1．5．4 基于“漆膜微粉化”的耐沾污涂料21
• 1．5．5 基于纳米材料的耐沾污涂料21-22
• 1．6 国内外自清洁涂料的研究进展22-23
• 1．7 解决涂层污染的技术途径23-24
• 1．7．1 提高聚合物乳液的玻璃化转变温度23
• 1．7．2 提高颜料体积浓度(PVC)23
• 1．7．3 提高乳液聚合物的交联密度23-24
• 1．7．4 降低涂膜表面张力(提高疏水性能)24
• 1．8 本论文的研究背景和意义24
• 1．9 实验创新之处24-25
• 1．10 实验计划重点探索的几个内容25-26
• 第二章 有机硅—丙烯酸酯乳液的制备以及性能探讨26-48
• 2．1 实验部分26-28
• 2．1．1 主要试剂实和主要实验仪器26-27
• 2．1．2 实验装置27
• 2．1．3 原料预处理27
• 2．1．4 制备工艺27-28
• 2．2 分析与测试28-29
• 2．3 接触角定义与测量29-31
• 2．3．1 接触角的定义29
• 2．3．2 粗糙度对润湿的影响29-30
• 2．3．3 接触角的测定30-31
• 2．4 结果与讨论31-44
• 2．4．1 聚合工艺的选择31-34
• 2．4．1．1 乳液聚合机理31-32
• 2．4．1．2 聚合工艺32
• 2．4．1．3 聚合工艺的确定32
• 2．4．1．4 聚合反应机理32-34
• 2．4．2 配方的确定34-37
• 2．4．2．1 软硬单体对乳液性能的影响34-35
• 2．4．2．2 单体配比设计与计算方法35-36
• 2．4．2．3 功能性单体36-37
• 2．4．3 有机硅单体37-39
• 2．4．3．1 有机硅单体的选择37
• 2．4．3．2 有机硅用量对乳液性能的影响37-39
• 2．4．4 乳化体系的确定39-41
• 2．4．4．1 乳化剂的用量40
• 2．4．4．2 阴离子与非离子乳化剂的配比40-41
• 2．4．5 引发剂的种类和用量41-42
• 2．4．5．1 引发剂种类的确定41
• 2．4．5．2 引发剂用量和反应时间的确定41-42
• 2．4．6 聚合反应温度的确定42-43
• 2．4．7 pH的影响43
• 2．4．8 水解抑制剂43
• 2．4．9 乳液聚合过程中生成凝胶的原因43-44
• 2．5 有机硅改性丙烯酸乳液红外光谱分析44-47
• 2．6 小结47-48
• 第三章 自清洁涂料的配制及性能研究48-70
• 3．1 实验部分48-49
• 3．1．1 实验仪器48
• 3．1．2 涂料配方48
• 3．1．3 涂料配制工艺48-49
• 3．2 涂料主要性能检测49-51
• 3．3 乳胶涂料的配方设计51-56
• 3．3．1 涂料配方设计的一般原理52
• 3．3．2 基料的选择52-53
• 3．3．3 颜料的选择53
• 3．3．4 填料的选择53
• 3．3．5 成膜助剂的选择53-54
• 3．3．6 增稠剂的选择54
• 3．3．7 消泡剂的选择54
• 3．3．8 其它助剂54-55
• 3．3．9 配方设计中的PVC和CPVC55-56
• 3．3．10 配方设计中的颜基比56
• 3．4 硅灰石的改性56-58
• 3．4．1 试验步骤57
• 3．4．2 改性工艺参数的确定57-58
• 3．4．3 改性结果58
• 3．5 实验结果与讨论58-61
• 3．5．1 P／B对涂膜遮盖力的影响59
• 3．5．2 P／B对耐沾污性能的影响59-60
• 3．5．3 P／B对接触角的影响60-61
• 3．5．4 P／B对涂层吸水率的影响61
• 3．6 乳化硅蜡乳液的制备61-67
• 3．6．1 蜡的分类63
• 3．6．2 微晶蜡63
• 3．6．3 石蜡的乳化63-64
• 3．6．4 实验操作过程64
• 3．6．5 结果与讨论64-67
• 3．7 乳化硅蜡助剂的加入量对涂膜的影响67-68
• 3．8 涂膜的憎水效果68-69
• 3．9 小结69-70
• 第四章 结论70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76

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