有机硅改性苯丙乳液的合成及在涂料中的应用

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苯丙乳液具有性价比高、成膜性好、粘附力强、耐氧化等优点,因而广泛应用于涂料、胶粘剂、皮革涂饰剂、造纸施胶剂和织物整理剂等领域。但其本身也有不可避免的缺点,如涂膜耐水性、耐候性较差,耐高低温性能和抗张强度也不能令人满意。通过加入可聚合的有机硅组分对苯丙乳液进行改性,可以提高其耐水性、耐候性,改善涂膜高温易发粘、低温易变脆的缺点,这对扩展苯丙乳液在工业上的应用具有重要的意义。然而,传统的有机硅改性方法通常存在使用的有机硅种类单一、对乳液综合性能的提升不明显等缺陷。鉴于此,本文首先以八甲基环四硅氧烷(D4)、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(JH-A114)、四甲基二乙烯基二硅氧烷(MMvi)为原料通过阴离子开环聚合制得了两端含有乙烯基的氨基聚硅氧烷(Vi-APS-1),再用官能团转化法转化为相应的乙烯基羧基聚硅氧烷(Vi-CAS-1)。然后以D4、JH-A114、四甲基四乙烯基环四硅氧烷(Dvi4)、六甲基二硅氧烷(MM)为原料,利用同样的方法制得了另一种产物—侧链同时含有乙烯基和羧基的聚硅氧烷(Vi-CAS-2)。在此基础上,将Vi-CAS-1和Vi-CAS-2分别用于苯丙乳液和涂料印花粘合剂的改性。(1)采用预乳化半连续种子乳液聚合法,将乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、Vi-CAS-1与苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)进行共聚,制得了双组分有机硅共改性苯丙(PVVSA)乳液。研究了引发剂用量、十二烷基硫酸钠(SDS)和脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)的配比和用量、水解抑制剂丙二醇用量、有机硅组分VTES和Vi-CAS-1的用量对乳液聚合稳定性和涂膜性能的影响。用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、动态激光散射粒度分析仪、Zeta电位分析仪、傅里叶红外(FTIR)光谱仪、差示扫描量热仪(DSC)、接触角测量仪(CA)及材料拉伸试验机对乳液和涂膜的性能进行了表征。研究表明:当APS用量为0.7%~0.9%(占总单体的质量分数,下同),SDS和AEO-9用量比为2:1且总用量为3%~4%,丙二醇用量为0.4%~0.8%(占乳液的质量分数),VTES用量为6%~8%,Vi-CAS-1用量为3%~4%时,乳液聚合过程稳定且涂膜具有较佳的综合性能。最后,利用合成的PVVSA乳液配制了相应的涂料,讨论了PVVSA乳液添加量,钛白粉用量对涂层性能的影响,确定其最佳值为:PVVSA乳液添加量为65%,钛白粉用量为20%,其余为水和助剂。将配制的涂料与相应的苯丙涂料进行了性能对比,结果表明:PVVSA涂料的耐水、耐酸碱性都有明显提高,耐冲击强度、硬度和附着力也有所加强。(2)以Vi-CAS-2、St、丙烯酸乙酯(EA)、BA、丙烯腈(AN)、N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)、AA为共聚单体,采用半连续种子乳液聚合法制得了有机硅改性涂料印花粘合剂(PSMB),并对其在印花涂层上的应用进行了研究。结果表明:当NMA用量为2.5%~3%(占总单体的质量分数,下同),Vi-CAS-2的羧基含量为0.4mmol/g~0.5mmol/g,平均相对分子量的大小为1500~2000,用量为5%时,乳液的聚合过程稳定且印花涂层的手感与耐摩擦牢度俱佳。印花工艺的最优参数是:PSMB乳液用量为25%,焙烘温度为130℃,焙烘时间为3min。
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