多重交联改性的水性聚有机硅氧烷-丙烯酸酯杂化树脂的制备与性能研究

作     者：陆凌文 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：皮丕辉;杨金鑫

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：改性丙烯酸树脂 聚有机硅氧烷 不同底材 附着力 交联密度 

摘      要：聚有机硅氧烷与聚丙烯酸酯复合得到的有机-无机杂化水性树脂能大幅度提高涂层的综合性能,但是杂化树脂与高极性底材表面能相差大,存在涂装时涂膜容易收缩、涂层附着力差和抗正、反冲击性差等缺点。因此,本文采用环氧树脂E-51和N-羟甲基丙烯酰胺(NMA)对水性聚有机硅氧烷-丙烯酸酯杂化树脂进行改性,得到的改性树脂在室温下不仅能稳定存储,而且在高极性底材上的涂层附着力、抗冲击性等其他性能均优异,具有重要的理论指导与实践应用的意义。本论文利用环氧树脂开环固化后对底材粘附力极强的特点,解决杂化树脂在高极性底材表面附着力差的问题,采用溶液聚合法,将环氧树脂E-51与聚合单体接枝共聚,再与水解缩聚完全的聚有机硅氧烷混合,得到E-51改性的水性聚有机硅氧烷-丙烯酸酯杂化树脂,探讨了环氧树脂E-51接枝聚合和固化反应、改性后树脂稳定性以及在马口铁、铝板和玻璃上涂层的性能。结果表明:采用红外光谱(FTIR)和马尔文粒度仪对聚合物进行表征,证明E-51参与了自由基聚合,成功接枝并得到环氧-丙烯酸酯;当引发剂选择偶氮二异丁腈(AIBN)且用量为5～6%,E-51用量为4%,潜伏性固化剂(ADH)用量为0.8%,丙烯酸(AA)用量为9%,甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)用量为2%,聚有机硅氧烷含量为36～39%时,能得到平均粒径为90.1 nm,粘度为255.1 c P,且能稳定存储超过6个月的E-51改性的水性杂化树脂,在仅清洗表面的马口铁、铝板和玻璃上的涂层附着力均达0级,耐水性、耐碱性均大于7天,硬度达到3 H,柔韧性为3 mm,疏水性良好,马口铁涂层的光泽度为191.5,正面抗冲击性为40 kg·cm,反面抗冲击性为30 kg·cm,铝板涂层的光泽度为62.3,正面抗冲击性为30 kg·cm,反面抗冲击性为20kg·cm。在E-51改性的基础上,引入含双键的交联单体NMA,其不仅参与自由基聚合反应接枝到树脂链上,也能自交联或与其他羟基交联,形成更强力的三维网状结构,提升分子的内聚力,固化时交联密度的提高解决涂层的抗正、反冲击性的问题。深入研究并优化了有机硅氧烷水解缩聚方案和相反转工艺流程,通过差示扫描量热仪(DSC)和热失重分析仪(TGA)对E-51/NMA改性的水性杂化树脂进行表征,最终确定了NMA用量为1%,树脂中和度为95%时,得到Tg为53.05°C,平均粒径为88.1 nm、半透明泛蓝光和稳定性良好的多重交联改性的水性聚有机硅氧烷-丙烯酸酯杂化树脂。涂层交联密度达到92.58%,在高温或常温干燥固化时多重交联,马口铁涂层的抗正、反冲击性均达到50 kg·cm,经高温烘烤预处理的铝板上涂层抗正冲击性为50 kg·cm,抗反冲击性为45kg·cm,耐溶剂擦拭性和耐腐蚀性能均优异,可以广泛应用在不同的领域。