Pickering乳液聚合法制备聚丙燦酸酯_纳米二氧化硅复合乳液及其涂料应用

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1、硕士学位论文Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米二氧化硅复合乳液及其涂料应用作者姓名肖艳红学科专业材料学指导教师陈中华教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月PreparationofPolyacrylate/NanoSilicaCompositeEmulsionbyPickeringEmulsionPolymerizationandItsApplicationinCoatingsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：Xiao

2、YanhongSupervisor：Prof.ChenZhonghuaSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要本论文通过对纳米二氧化硅（SiO2）进行表面疏水改性，并以改性后的颗粒为稳定剂制备了稳定的Pickering乳液，再通过Pickering乳液聚合合成了聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合乳液，并探究了该复合乳液在水性涂料中的应用。论文内容主要分为以下三个部分：1，利用六甲基二硅胺烷（HMDS）为改性剂对纳米SiO2进行表面疏水改性，并以改性后的纳米SiO2为稳

3、定剂，制备了稳定的Pickering乳液。通过对反应溶剂、改性剂用量、改性时间和反应温度等影响因素的讨论和扫描电镜（SEM）分析、红外(FTIR）分析和接触角等测试分析，对改性前后纳米SiO2的分散程度、结构、疏水性和Zeta电位等进行表征，确定了改性反应的最佳条件，并着重分析了纳米SiO2用量对Pickering乳液稳定性的影响。实验结果表明：当选用无水乙醇为反应溶剂，纳米SiO2与改性剂HMDS的质量比为5:1，反应温度为65℃，反应时间为6h时纳米SiO2的疏水改性效果最好。SEM测试和乳液粒径测试表明改性后纳米

4、SiO2的分散性有所改善。当改性后的纳米SiO2接触角为69°，Zeta电位为-32.5mV时，Pickering乳液的稳定性最好，且Pickering乳液的稳定性随纳米SiO2用量在2%到5%范围内的增加而提高。2，利用Pickering乳液聚合制备了聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合乳液。以单体转化率、凝胶率和复合乳胶膜的性能等为参考因素，对软硬单体比例、功能单体含量、反应温度、引发剂种类和用量，SiO2用量等影响因素进行了讨论，分析了各因素对乳液稳定性、乳胶膜吸水率、硬度和热性能等的影响，确定了聚合反应的最适宜条件。结

5、果表明：当选择软硬单体比例为5:10，功能单体含量为10%，反应温度为80℃，选择过硫酸钾（KPS）为引发剂且添加量为1%（基于单体总质量）时，单体转化率最高，凝胶率较低，乳液粒径较小且分布较窄，乳液成膜性良好，乳胶膜综合性能优良。复合乳胶膜的热性能、硬度和耐水性等较传统聚丙烯酸酯乳胶膜更佳。3，以复合乳液为主要成膜物质设计涂料配方，通过对涂层铅笔硬度、附着力、耐水性、耐冲击性和耐酸碱性等测试，并与以传统聚丙烯酸酯乳液为主要成膜物质的涂层作对比，探究其在涂料领域的应用可能性。结果表明：以Pickering乳液聚合法合成

6、的聚丙烯酸酯/纳米SiO2复合乳液作为主要成膜物质制备的涂料综合性能较好，涂层附着力可达1级，硬度最高可达3H，耐水性最高可达5天，耐酸碱性和抗冲击性良好，涂层综合性能较以传统聚丙烯酸酯乳液为成膜物的涂层更佳。因此，可考虑将其应用到水性涂料领域。I关键词：Pickering乳液；乳液聚合；聚丙烯酸酯；纳米SiO2；涂料IIAbstractInthispaper,thesurfaceofnanosilica(SiO2)washydrophobicallymodifiedandaPickeringemulsionwaspr

7、eparedwiththemodifiedparticlesasstabilizer.Thepolyacrylate/nano-SiO2compositeemulsionwassynthesizedbyPickeringemulsionpolymerization,andtheapplicationofthecompositeemulsioninwaterbornecoatingswasexplored.Thecontentofthepaperismainlydividedintothefollowingthreepa

8、rts:1.Thesurfacehydrophobicmodificationofnano-SiO2wasperformedusinghexamethyldisilazane(HMDS)asamodifier,andastablePickeringemulsionwaspreparedwiththemodifiednano-SiO