影响氟碳乳液型纳米环保涂料因素的研究

论文摘要

本论文阐述了一种性能优异的环保型氟碳乳液纳米外墙涂料，包括以下三个方面的内容。 第一是含氟聚合物乳液的合成。使用甲基丙烯酸十二氟庚酯和丙烯酸六氟丁酯，与MMA、BA四元乳液共聚合成含氟聚合物乳液。对四元共聚的反应条件进行了探讨，结果表明温度在90℃，搅拌强度为160rpm，反应2小时为最佳反应条件。还对四元乳液共聚的乳化剂种类及用量进行了研究，结果表明在几种乳化剂搭配中，效果最好的是MS-1、SDS、FC-10所组成的复合乳化剂；乳化剂用量控制在单体总重的6％左右为佳。全氟辛基磺酸钾（FC-80）与N-羟乙基全氟辛基磺酰胺（FC-100）复合，当乳化剂的量占反应单体质量的2％时，能形成稳定的聚合体系，并能大大提高产品的性能，特别是吸水性。通过正交实验表明：在所考察的四个因素中，乳化剂类型及用量对反应的影响是最大的，利用含氟乳化剂能大大降低聚合物的吸水率和表面张力；其次是含氟单体，当产品中含氟量提高，生产的高聚物产品的接触角增大，表面张力降低，改善了产品的性能；MMA:BA仅对凝胶量影响较大。利用红外光谱测试结果表明聚合反应的发生，利用差热示差扫描测试结果表明其玻璃化转变温度为17.669℃和23.432℃。 第二是纳米颜料的制备。使用溶胶—凝胶法以钛酸丁酯为原料制备了纳米TiO2粉末。实验结果表明：水解体系的PH值在2.5左右时纳米TiO2的产率最高，透射电镜测试表明产品粒径在50～100nm之间，X衍射测试表明产品晶型为金红石型。为了使纳米TiO2粉末达到作为涂料颜料的要求，对其进行了改性。使用三种改性方法对纳米粒子改性，改性产品的活化指数和接触角测试结果均表明亲油性改性的效果：钛酸酯偶联剂改性>硅烷偶联剂改性>类酯化改性。 第三是氟碳纳米复合环保涂料的试配。使用改性纳米TiO2粉末作为颜料，含氟聚合物乳液作为成膜物，添加各种助剂配制涂料。确定了涂料的配方和制备工艺。涂料的性能测试结果表明氟碳纳米复合环保涂料的性能已达到国家合成树脂乳液外墙涂料的标准，而且其性能明显好于普通纯丙乳液外墙涂料。还探讨了纳米颜料用量对涂料遮盖力的影响，结果表明其用量为25％左右时涂料遮盖力最强。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 氟碳涂料简介
• 1.1.1 氟碳树脂的优异性能
• 1.1.2 氟碳涂料的发展和现状
• 1.1.2.1 高温烘烤型
• 1.1.2.2 常温固化溶剂型
• 1.1.2.3 水性氟涂料
• 1.1.2.4 高固体份和粉末涂料
• 1.1.2.5 防粘功能性氟树脂涂料（防粘污，耐磨）
• 1.1.3 氟碳涂料的制备方法
• 1.1.3.1 水性氟树脂
• 1.1.3.2 粉末氟树脂
• 1.2 纳米技术及其在涂料中的应用
• 1.2.1 纳米微粒的制备方法
• 1.2.1.1 机械粉碎法
• 1.2.1.2 固相反应法
• 1.2.1.3 液相沉淀法
• 1.2.1.4 溶液蒸发法
• 1.2.1.5 溶胶凝胶法
• 1.2.1.6 气相水解法
• 1.2.1.7 激光气相沉淀法
• 1.2.2 纳米材料在涂料中的应用
• 1.2.2.1 纳米抗菌涂料
• 1.2.2.2 光催化环保涂料
• 1.2.2.3 耐老化型纳米涂料
• 1.2.2.4 隐身涂料
• 1.2.3 纳米复合涂料研究进展
• 1.2.3.1 纳米涂料力学性能的研究
• 1.2.3.2 纳米涂料作为豪华汽车面漆的研究
• 1.2.3.3 自清洁纳米涂层
• 1.3 本选题的目的、意义及要解决的问题
• 第2章 氟碳聚合物乳液合成
• 2.1乳液聚合原理
• 2.1.1 乳液聚合概念
• 2.1.2 乳液聚合机理简介
• 2.1.3 乳液聚合的特点
• 2.1.4 本实验的反应机理
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原材料
• 2.2.2 实验仪器及设备
• 2.2.3 实验步骤
• 2.2.4 实验方案
• 2.2.5 主要测试项目
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应温度对乳液聚合的影响
• 2.3.2 搅拌强度对乳液聚合的影响
• 2.3.3 反应时间对乳液聚合的影响
• 2.3.4 引发剂APS量的影响
• 2.3.5 乳化剂及用量对乳液聚合的影响
• 2.3.5.1 乳化剂量的影响
• 2.3.5.2 常用乳化剂类型的影响
• 2.3.5.3 含氟乳化剂对乳液聚合的影响
• 2.3.6 各种单体用量对乳液聚合的影响
• 2.3.6.1 正交实验及结果
• 2.3.6.2 各因素对乳液和乳胶膜性能的影响
• 2.3.6.3 正交实验产品乳胶膜的耐溶剂性
• 2.3.6.4 交实验产品的红外光谱
• 2.3.6.5 玻璃化温度及最低成膜温度的测定
• 2.4 可能更优方案探索和放大试验
• 2.5 第2章小结
• 2制备及改性'>第3章 TiO₂制备及改性
• 3.1 制备及改性原理
• 2的机理'>3.1.1 Sol-Gel法制备纳米TiO₂的机理
• 2粒子的表面改性机理'>3.1.2 纳米TiO₂粒子的表面改性机理
• 3.1.2.1 类酯化反应改性机理
• 3.1.2.2 硅烷偶联剂改性机理
• 3.1.2.3 钛酸酯偶联剂改性机理
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器及设备
• 3.2.3 实验方案及操作
• 2的方案及操作'>3.2.3.1 Sol-gel法制备纳米TiO₂的方案及操作
• 2改性方案及操作'>3.2.3.2 纳米TiO₂改性方案及操作
• 3.2.4 主要测试项目
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 X衍射测试结果及分析
• 3.3.2 透射电镜测试结果及分析
• 2产率的影响'>3.3.3 PH值对sol-gel法制备纳米TiO₂产率的影响
• 2粉末的红外测试结果及分析'>3.3.4 改性纳米TiO₂粉末的红外测试结果及分析
• 2粉末的接触角测试结果及讨论'>3.3.5 改性纳米TiO₂粉末的接触角测试结果及讨论
• 2粉末的活化指数测定结果及讨论'>3.3.6 改性纳米TiO₂粉末的活化指数测定结果及讨论
• 3.4 第3章小结
• 第4章 氟碳纳米复合环保涂料的试配
• 4.1 氟碳纳米复合环保涂料简介
• 4.1.1 成膜物
• 4.1.2 颜料
• 4.1.3 溶剂
• 4.1.4 涂料助剂
• 4.1.4.1 增稠剂
• 4.1.4.2 成膜助剂
• 4.1.4.3 分散剂
• 4.1.4.4 消泡剂
• 4.2 实验原材料及设备
• 4.2.1 实验原材料
• 4.2.2 实验仪器及设备
• 4.3 涂料的制备
• 4.3.1 涂料配方
• 4.3.2 制备工艺
• 4.4 涂料性能测试项目
• 4.5 测试结果及讨论
• 2用量对涂料遮盖力的影响'>4.5.1 纳米TiO₂用量对涂料遮盖力的影响
• 4.5.2 氟碳纳米复合环保涂料的性能
• 4.5.3 涂膜的表面形貌
• 4.6 第4章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录:研究生期间发表的论文