有机无机杂化丙烯酸乳液的制备及涂膜性质研究
刘芳;黄伟小蘑菇漫画
【摘 要】为了制备一种疏水抗覆冰涂料,采用种子半连续乳液聚合法,通过添加乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)和纳米二氧化硅粉末,分别合成了纯丙乳液、硅丙乳液和纳米二氧化硅/硅丙复合乳液,并将乳液涂覆在铝片表面,室温干燥成膜.利用红外光谱、粒度分析、扫描电镜等测试手段对3种乳液及其涂膜性能进行表征.结果表明:添加A-151可以使涂膜交联度提高到95%,吸水率降低到5%；添加纳米二氧化硅,可提高乳液涂膜的热分解温度,使乳液粒径大小分布均匀.此方法中,A-151和纳米二氧化硅改性的乳液涂膜疏水作用有限,仅使接触角增加到约30°.%A hydrophobic anti -icing coating was prepared with pure acrylic emulsion, silicon -acrylate emulsion and nano - silica/silicone - acrylate composite emulsion respectively, which were prepared by the mi - continuous emulsion polymerization process, with addition of vinyl triethoxye silane (A - 151) and nauosilica powder. Films were prepared the emulsion applied on the surface of aluminum sheet parately and dried at room temperature. The structure of the three kind of emulsions and films were charactered by FT-IR, particle size
analysis and SEM. The results showed that addition of A - 151 can increa the crosslinking degree of film to 95% , while the water absorbability reduced to 5%. The thermal decomposition temperatures of the films went higher by using nano - silica. Nano - silica was also helpful for the uniform distribution of diameter of emulsions' particles. The contact angle of the films of silicone - acrylate emulsion and nano - silica/silicone - acrylate composite emulsion was incread slightly to 30°.
【期刊名称】《涂料工业》
【年(卷),期】2011(041)008
【总页数】5页(P12-16)
内热【关键词】作壁上观什么意思硅丙乳液;纳米SiO2/硅丙复合乳液;种子半连续乳液聚合法
【作 者】刘芳;黄伟
【作者单位】教育部煤科学与技术重点实验室,山西省太原理工大学,太原030024;教育部煤科学与技术重点实验室,山西省太原理工大学,太原030024
【正文语种】中 文杜拉拉升职记小说
【中图分类】TQ630.4
高压线覆冰引起的电力设施损毁，易造成人们生产和生活的停滞。解决冰雪在高压线上的附着是关系生产和生活的重要课题。目前，我国一直采用短路电流融冰法，这种方法效果明显，但能耗高。此外，刮铲等机械除冰法受地域限制，无法有效进行。因此，本课题的目的是合成一种涂料，涂覆在金属线表面使其具有疏水性，进而减少冰雪在高压线上的覆盖。
在众多涂料中，丙烯酸类乳胶涂料具有成本低、成膜性能好、耐候性佳等优点。而有机硅的Si—O键能（450 kJ/mol）远大于C—C键能（351 kJ/mol）和C—O键能（336 kJ/mol），内旋转能垒低、键旋转容易、分子体积大、表面能小，具有良好的耐紫外光性、耐候性、耐沾污性和耐化学介质性等。用有机硅改性丙烯酸酯乳液，可以改善丙烯酸酯乳液热黏冷脆、耐候、耐水等性能［1］。目前，有机硅单体有烷基类硅烷、烷氧基类硅烷、乙烯基硅烷、氯丙基类硅烷、含硫类硅烷、氨基类硅烷、环氧基类硅烷、丙烯酰氧基类硅烷和硅油等单体［2］。
“纳米复合材料”于1984年由Roy和Kormarneni首次提出后，无机填料应用于改性聚合物进入了崭新的纳米科技时代［3］。纳米尺度范围是指1～100 nm的范围，纳米材料一般具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、介电陷域效应等，可产生一些特殊性能，如：热学性能、磁学性能、光学性能、动力学性质、表面活性及敏感特性、光催化性等［4］。为了将纳米材料运用于宏观领域，研究者发明了将无机材料和有机材料相结合的技术——“无机有机杂化”技术。运用该技术制备的纳米材料改性丙烯酸树脂呈现出自清洁、抗静电、抗菌杀菌和吸波隐身等特殊性能，近年来，该涂料的开发已成为国内外研究的热点［5－7］。如戚栋明［3］以小粒径纳米SiO2（10～20 nm）粒子水分散液为原料，用水相吸附引发剂引发丙烯酸酯原位细乳液聚合，制备聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合粒子，并对引发剂吸附行为、聚合动力学、对复合粒子形态和复合机理进行了讨论。
但是，无机纳米材料对乳液成膜时表面形貌的影响报道较少，本实验利用纳米SiO2对乳液改性，并对涂膜表面形貌的改变进行探究。
2020有多少天1.1 主要原料
甲基丙烯酸甲酯（MMA）：分析纯，天津市登峰化学试剂厂;丙烯酸甲酯（BA）：分析纯，
天津市大茂化学试剂厂;丙烯酸（AA）：化学纯，天津市科密欧化学试剂开发中心;乙烯基三乙氧基硅烷（A－151）：化学纯，天津市化学试剂一厂;碳酸氢钠、四氢呋喃、无水乙醇：分析纯，天津市化学试剂三厂;氨水：分析纯，天津北方医化学试剂厂;纳米SiO2：淄博海纳高科材料有限公司;十二烷基硫酸钠（SDS）：化学纯，天津市大茂化学试剂厂;辛基酚聚氧乙烯醚（OP－10）：化学纯，天津市福晨化学试剂厂。
1.2 实验过程
1.2.1 纳米SiO2的表面改性
将纳米SiO2粉末加入乙醇溶液中，用盐酸调节pH至3～4。混合物经高速搅拌、超声分散、水浴加热后，洗涤干燥备用。
1.2.2 纯丙乳液的合成
采用种子半连续乳液聚合法制备共聚乳液。称取一定量单体（MMA、BA、AA）、乳化剂（SDS和 OP－10，按质量比 1∶1.5复配）和去离子水，在常温下高速搅拌制成预乳化液。在装有搅拌棒、冷凝管的500 mL四口瓶中依次加入去离子水、乳化剂和碳酸氢钠，搅
纳米材料论文拌至溶解后，加入1/10的预乳化液，搅拌升温至60℃，开始滴加引发剂溶液。80℃恒温反应10 min，形成蓝色种子乳液，同时滴加剩余预乳化液和引发剂溶液，约2 h滴完。升温至90℃，保温30 min。反应完全后降温至40℃，用氨水中和乳液pH至7～8，出料。
1.2.3 硅丙乳液的合成
预乳化液配制的过程中，添加A－151，其余操作步骤同纯丙乳液的合成。
1.2.4 纳米SiO2/硅丙复合乳液的合成
在500 mL四颈瓶中依次加入去离子水、乳化剂和碳酸氢钠和一定量的改性纳米SiO2，其余步骤同硅丙乳液的合成。
1.2.5 乳液的涂覆
对铝片表面砂打磨至光亮，丙酮擦洗除去铝片表面的油污和其他污染物，碱洗除去铝片表面的异物和表面的自然氧化膜，酸洗除去铝片表面的异物和碱浸蚀后的灰膜，并使基体金属表面露出。干燥处理后，采用静置提拉法，以4 cm/min的速度提拉涂膜，置于30℃烘箱中干燥。
1.3 性能表征
红外光谱分析：乳液烘干制得涂膜，研碎、KBr压片，用Bruker VERTEX 70型傅里叶变换红外光谱仪测试。
热性能分析：乳液烘干制得涂膜。用德国NETZSCH公司的STA409热质综合热分析仪测试。
粒径大小及分布：取少量乳液稀释。用Mastersizer 2000型激光粒度分析仪测试。
表面形貌分析：乳液涂覆在铝片表面，干燥后用于测量。采用天津大学XL30ESEM型环境扫描电子显微镜，电压20 kV测试，同时进行表面元素分析。
接触角测定：乳液涂覆在铝片表面，干燥后用于测量。用北京哈科公司的HARKE－SPCA接触角测定仪测量。失去用英语怎么说
乳液固含量：将乳液涂覆在培养皿上，干燥至恒定质量。固含量=（涂膜质量/乳液质量）×100%。祁黄羊
涂膜交联度：将涂膜置于索氏抽提器中，用四氢呋喃萃取至恒质量。交联度 =（萃取后膜质量/萃取前膜质量）×100%。
吸水率：在水中浸泡涂膜，根据涂膜的增质量计算吸水率。吸水率=（涂膜增质量/干燥涂膜质量）×100%。
2.1 乳液固含量
A－151用量对乳液固含量的影响见图1。
由图1可见，随着有机硅用量的增加，固含量开始减小，后又慢慢增大，有机硅用量超过10%时，固含量又开始减小。这是由于在乳液聚合过程中，有机硅用量的增加会导致凝胶量的增加，减小了乳液的固含量。有机硅用量在2% ～10%时，固含量随有机硅用量的增加而增加，这是由于有机硅用量的增加抵消了一部分凝胶量，使固含量有所提高。但有机硅用量超过10%时，固含量又开始降低，这是由于有机硅水解自交联现象严重，凝胶量增加。
纳米SiO2用量对乳液固含量的影响见表1。
由表1可以发现，随纳米SiO2用量的增加，乳液的固含量减少，这是由于有机硅对纳米SiO2的改性，不能完全修饰纳米SiO2表面，纳米SiO2表面残留大量的自由羟基，表面性质活泼，使纳米SiO2在乳液聚合反应中不能稳定存在，产生凝胶。随着纳米SiO2用量的增加，凝胶量增大，固含量减小。
