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含氟丙烯酸酯/有机蒙脱土复合乳液的研究
2016-10-11 15:45:39  作者:中国不饱和树脂网  来源:www.upr-e.cn  文字:【】【】【

    【中国不饱和树脂网www.upr-e.cn】2016年10月11日讯:以丙烯酸六氟丁酯(HFBM)为功能性单体,有机蒙脱土为改性剂,甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和丙烯酸(AA)为主要单体,采用乳液聚合法合成了含氟丙烯酸酯/有机蒙脱土(PFA/OMMT)复合乳液,并用环氧树脂乳液对其进行共混改性,探讨了环氧树脂的环氧值和用量对共混乳液所成漆膜性能的影响。结果表明:环氧值越小,共混漆膜的性能越好;当环氧乳液含量为25%~30%时,共混漆膜综合性能最佳。

关键词:含氟丙烯酸酯;环氧树脂;物理共混;有机蒙脱土

中图分类号:TQ433.4+37文献标识码:A文章编号:1009-1815(2011)02-0051-03

丙烯酸树脂具有良好的抗老化性、耐光性、耐候性、耐腐蚀性和透明性等优点,合成工艺简单,被广泛用于涂料的基料,但丙烯酸酯乳液共聚物因存在耐化学品、耐溶剂性差,耐磨性能和力学性能不佳等缺点,从而限制了其应用范围。

因此,对丙烯酸酯乳液的改性研究受到高度重视,如引入功能性单体制备共聚乳液[1,2],或是加入无机纳米粒子材料制备有机/无机纳米复合乳液。然而,使用功能性单体(如含氟丙烯酸单体)和无机纳米粒子对丙烯酸乳液改性,使得涂料的制备成本提高。水性环氧树脂具有优良的附着力、高模量、高强度、耐化学品性和防腐性等优点,利用环氧树脂对含氟丙烯酸酯乳液进行共混改性,能够提高涂料的耐水、耐溶剂、附着力和力学性能,同时在不影响使用要求的条件下大幅度降低涂料成本。王艺峰等[5]通过物理共混法制备了环氧树脂改性丙烯酸酯共聚物复合乳液,秦总根等[6]将含氟乳液与环氧乳液进行共混,发现成膜时树脂会产生自分层,这样得到的涂膜具有优异的表面性能和良好的附着性能。采用物理共混的方法,用环氧乳液对含氟丙烯酸酯/有机蒙脱土复合乳液改性的报道较少。本文采用乳液聚合法合成了含氟丙烯酸酯/有机蒙脱土(PFA/OMMT)复合乳液,并与环氧乳液进行共混得到综合性能较好的漆膜,探讨了环氧树脂的环氧值和环氧树脂的用量对共混乳液所成漆膜性能的影响。

1实验部分

1.1实验原料

丙烯酸六氟丁酯(HFBM),工业级,哈尔滨雪佳氟硅化学品有限公司;OP乳化剂(X-100),化学纯,国药集团化学试剂有限公司;有机蒙脱土(OMMT),实验室自制;甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)、过******钾(KPS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),均为分析纯;十

二烷基******钠(SDS)、氨水,均为化学纯;水性环氧乳液(GEM02、GEM03),上海绿嘉水性涂料有限公司;水性环氧乳液(CYDW113-W50),岳阳巴陵石化有限公司;流平剂(BYK-331)、消泡剂(BYK-024)、底材润湿剂(BYK-347)、成膜助剂(CS-12),市售。

1.2含氟丙烯酸酯/有机蒙脱土复合乳液的制备

加入MMA、BA、AA(质量比为27∶22∶1)混合单体以及一定量的HFBM和2wt%OMMT,室温搅拌1h,超声分散30min,搅拌4h后过夜静置,得到混合液,将混合液制成预乳化液;将预乳化液加入到带有搅拌装置和冷凝装置的四口瓶中,在氮气的氛围下加入1mL0.2mol/L的过******钾溶液,升温至75℃,待体系出现蓝光后缓慢滴加剩余的过******钾溶液,1.5h滴完后恒定温度反应2h,然后升温至85℃恒温反应1h,停止搅拌,冷却后用氨水调节pH为7~8,即得含氟丙烯酸酯/有机蒙脱土(PFA/OMMT)复合乳液。

1.3环氧改性PFA/OMMT复合乳液的制备

将环氧乳液与PFA/OMMT复合乳液以一定的质量比进行共混,超声分散6min,然后分别加入对应的固化剂,混合均匀,再按顺序加入底材润湿剂、成膜助剂、流平剂、消泡剂,充分混合均匀后制板涂膜,室温成膜、晾干。

1.4性能与表征

1.4.1红外光谱(FT-IR)表征将PFA/OMMT复合乳液破乳、抽提,得到的树脂颗粒用KBr压片,采用Nicolet170-SX型(美国Nicolet公司)红外光谱仪进行表征。

1.4.2漆膜磨耗量按GB/T1768-79(89)标准,采用JM-1型磨耗仪,在标准耐磨板上刷涂两次,于恒温恒湿的条件下测定。先磨50r,构造一个光滑的表面称重,然后再磨1000r,再称重,计算两次的差值即为磨损量。

1.4.3漆膜附着力按GB/T1720-1989标准,采用CMT6503型附着力试验仪,在马口铁板(50mm×l00mm×0.3mm)于恒温恒湿的条件下测定,一级附着力最佳,七级附着力最差。

1.4.4漆膜柔韧性在马口铁板(25mm×l20mm×0.3mm)上制得漆膜,按GB/T1731-1993标准,采用QTX-1型弹性测试器测定涂膜柔韧性,以不引起涂膜破坏的最小轴棒直径表示。轴棒l直径15mm,涂膜柔韧性最差;轴棒7直径1mm,涂膜柔韧性最好。

1.4.5抗冲击性能按GB/T1732-1993标准,采用Q153-3KI型漆膜冲击器进行测试。

2结果与讨论

2.1FTIR光谱分析

图1曲线a和b分别为聚丙烯酸酯(PA)乳胶膜和PFA/OMMT乳胶膜提纯后产物的红外光谱图。由于单体BA、MMA和HFBM中都含有亚甲基和羰基,因此聚合物在2950、2880、1730cm-1处附近分别出现C-H(或-CH2)和C=O基团的伸缩振动吸收峰。在1460cm-1及1380cm-1处出现了MMA中-OCH3基团C-H的特征吸收峰,845cm-1及754cm-1处出现了BA中-OCH3基团C-H的特征吸收峰。除上述特征峰外,曲线b在687、623cm-1等处出现了C-F伸缩振动峰,C-F的另一伸缩振动峰与丙烯酸酯中的酯基吸收峰(1000~1250cm-1)相重叠,使1250cm-1和1170cm-1周围吸收峰变宽,表明含氟单体参与了聚合反应。而曲线b中在993cm-1处出现了较弱的Si-O的特征吸收峰,在513cm-1和455cm-1处出现了较弱的Al-O和Si-O的弯曲振动吸收峰,说明有机蒙脱土与含氟丙烯酸酯发生了相互作用[7,8]。


2.2环氧值对共混乳液性能的影响

将三种环氧树脂分别与PFA/MMT乳液以质量比1∶1共混,测得漆膜的磨耗量、附着力、抗冲击性能和柔韧性如表1所示。

从表1中可以看出,随着环氧值的降低,漆膜的磨耗增加,可能的原因是环氧值越小,环氧固化所形成的交联密度越小,含氟丙烯酸酯聚合物因表面能低而易于向漆膜表面迁移,使得漆膜表面更加光滑,减小漆膜表面摩擦阻力,从而使得漆膜的磨耗量减少。从表1中还可看出,环氧值越小,涂膜的附着力、抗冲击性能和柔韧性越佳。综合考虑,在所选用的三种环氧乳液中,环氧乳液GEM02与PFA/OMMT乳液共混所成的漆膜综合性能较好。

2.3环氧乳液用量的影响

选用环氧树脂乳液GEM02与PFA/OMMT复合乳液进行共混,固定PFA/OMMT乳液用量,环氧乳液用量对共混乳液漆膜的耐磨性、附着力、抗冲击性能和柔韧性的影响如表2所示。

从表2中可以看出,随着环氧乳液GEM02用量的增加,漆膜的磨耗量先是减少,表明漆膜的耐磨性增强;当环氧乳液含量达到25wt%左右时,继续增加GEM02的用量,漆膜的磨耗量增加,表明漆膜的耐磨性降低。从表中还可看出,当环氧乳液的用量为25%~30%时,共混乳胶膜的附着力、抗冲击性能和柔韧性等性能均达到最佳。可能原因是PFA/OMMT复合乳液与环氧乳液共混在一定配比条件下能够产生协同效应,导致共混乳胶漆膜的性能达到最好。

3结论

该研究通过间歇乳液聚合法成功制备了PFA/OMMT复合乳液,并与环氧乳液进行物理共混制得漆膜,分析表明含氟单体参与了聚合反应,有机蒙脱土与含氟丙烯酸酯发生了相互作用。在一定范围内,环氧值越小,共混漆膜的性能越好;当GEM02含量为25%~30%时,共混漆膜综合性能达到最佳。


(本站记者)






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