兩親丙烯酸共聚物的制備及在水敏感呼吸涂料中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，涂料正在從單純的保護性、裝飾性作用朝著專業(yè)化、功能化及智能化方向發(fā)展。智能涂料的制備方法主要是從聚合物膜、顏填料及制作工藝等方面入手，其中創(chuàng)造具有“開關(guān)”性質(zhì)的、且依賴于外部環(huán)境的刺激/響應(yīng)聚合物膜的設(shè)計最為重要。以我國西北地區(qū)為代表的干旱區(qū)域，相對濕度較低，而居民一般是通過采暖設(shè)施為室內(nèi)升溫，導(dǎo)致相對濕度急劇下降。針對此類現(xiàn)象，我們制備了一種無需消耗人工能源、能夠隨著環(huán)境濕度的變化，通過涂層吸/放濕

2、特性來控制調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的涂料----水敏感呼吸涂料。在設(shè)計、制備時突破了傳統(tǒng)涂料中“涂層吸水性強，耐水性就差”的觀點，大幅度提高親水功能團總量，在保證涂料基本性能的前提下，提高涂層吸水性。這種涂料具有較強的保濕能力，屬于生態(tài)性調(diào)控濕度的涂料。本研究是在綜述國內(nèi)外有關(guān)智能涂料、調(diào)濕材料和調(diào)濕涂料的種類、性能、制備方法及其優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上展開的。首先制備了四種用于水敏感呼吸涂料的兩親丙烯酸共聚物，即水分散體型、乳液型、無皂乳液型和無皂核殼乳液

3、型。研究了這些樹脂主要單體、乳化劑、引發(fā)劑、酸堿調(diào)節(jié)劑用量和反應(yīng)溫度、滴加速度等工藝參數(shù)對轉(zhuǎn)化率和聚合穩(wěn)定性的影響；然后將這些樹脂與多孔功能填料復(fù)配，制備了雙組分室溫交聯(lián)固化水敏感呼吸涂料，研究了涂料顏基比對涂層吸水率、耐水性、調(diào)濕性等性能的影響；通過紅外光譜(FTIR)、透射電鏡(TEM)、掃描電鏡SEM)、粒徑電位(DLS)和熱重(TG)等分析方法對其組成、形貌、粒徑、電位和熱穩(wěn)定性進行了表征；通過X衍射(XRD)、比表面積(BET

4、)和孔容孔徑(BJH)等分析手段對多孔功能填料和水敏感呼吸涂料的物相、比表面積、孔容和孔徑進行表征，依此對涂層呼吸機理進行了闡述，所得主要結(jié)論如下：
　　 ⑴制備了水分散型水敏感呼吸涂料及其含酮羰基的樹脂組分，首次系統(tǒng)研究了水分散型兩親丙烯酸共聚物水溶解規(guī)律，發(fā)現(xiàn)由于該樹脂極性很高，所以用水溶解時與普通丙烯酸樹脂不同，沒有“稀釋峰”，其水溶性規(guī)律為：樹脂極性越大，水溶性越好，透明度越高。考查了影響聚合反應(yīng)、樹脂和涂料性能的多種因

5、素，發(fā)現(xiàn)聚合溫度在85℃、在單體的滴加時間為3-4h、涂料顏基比10:4-6時，樹脂和涂料性能最好；樹脂添加交聯(lián)劑后熱穩(wěn)定性由330℃～390℃提高到370℃～420℃。
　　 ⑵制備了乳液型水敏感呼吸涂料及其含酮羰基的樹脂組分，確定了兩親丙烯酸共聚物乳液中乳化劑、DAAM、MAA和NaHC03的最佳用量和最佳反應(yīng)溫度，所得樹脂熱分解溫度370℃～450℃。
　　 ⑶制備了無皂乳液型水敏感呼吸涂料及其含酮羰基的樹脂組分，

6、通過與常規(guī)乳液聚合法對比，認為對于含大量親水單體的乳液聚合體系來說，無皂乳液聚合法較常規(guī)乳液聚合法更為適合；確定了聚合反應(yīng)中羧酸單體種類、用量及中和度，最佳溫度和攪拌速度，以及涂料最佳顏基比。
　　 ⑷制備了無皂核殼乳液型水敏感呼吸涂料及其含酮羰基的樹脂組分，首次系統(tǒng)研究了兩親丙烯酸無皂核殼乳液和含納米Si02兩親丙烯酸無皂核殼乳液。確定了核殼單體組成，納米硅溶膠、丙烯酸、引發(fā)劑等的最佳用量，以及最佳反應(yīng)溫度和滴加時間。研究了涂

7、料配比和顏基比對涂層吸水、耐水、調(diào)濕等性能的影響。該乳液結(jié)合了無皂乳液和核殼乳液聚合法的優(yōu)點，制備出的乳液粒徑小、分布窄，具有單分散性；不含乳化劑，乳膠粒潔凈、綜合性能好；親水單體的添加量較大，利于制備高吸水率的聚合物乳液。最重要的是制備出的“硬核軟殼”的核殼乳液很好地解決了乳液最低成膜溫度與硬度之間矛盾問題，無需添加成膜助劑就能在低溫條件下(<5℃)進行施工，且樹脂成膜性好（平整光滑透明），硬度大，強度高。另外，由于納米硅溶膠含30％

8、左右的nano-Si02和大量的硅酸鹽，所以含納米Si02兩親丙烯酸共聚物無皂核殼乳液粒徑更小，涂膜性能更好。
　　 ⑸用上述四種兩親丙烯酸共聚物制成的水敏感呼吸涂料的基本性能均達到國標(biāo)合成乳液內(nèi)墻涂料標(biāo)準(zhǔn)，并且吸水、耐水性和調(diào)濕性能更優(yōu)越。通過吸／放水、吸／放濕試驗和SEM、XRD、BET、BJH等多種分析手段，對多孔功能填料及水敏感呼吸涂料的吸水率、形貌、物相、比表面積和孔容孔徑進行分析，說明孔道效應(yīng)和表面效應(yīng)存在。同時還發(fā)

9、現(xiàn)顏填料越細、溫度越低，吸濕率越高，孔道效應(yīng)越明顯，并依此闡述了該類水敏感呼吸涂料呼吸機理和特性。由于水敏感呼吸涂料使用的是交聯(lián)型兩親聚丙烯酸樹脂，含大量羧基、羥基、酰胺基、酮羰基，添加交聯(lián)劑后能夠在室溫條件下交聯(lián)固化，較普通熱塑性聚丙烯酸樹脂具有更好的強度、附著力、吸水性等物化性能；由于在制備呼吸涂料時還添加了大量的多孔/多層功能填料，所以水敏感性更強，當(dāng)水作用在涂層上，會被瞬時吸入涂層；正是因為顏填料含大量的孔道，樹脂又具有兩親性，