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甲基硅油改性丙烯酸树脂乳液的合成与性能研究*

更新时间:2009-03-28

研发环境友好型的绿色防污涂料、减少施工及生产过程中挥发性有机化合物的含量,已成为21世纪涂料的发展目标之一[1]。有机硅防污涂料的出现,为我国涂料方面的研发与生产翻开了崭新的一页,美中不足的是其成膜性不好[2],而丙烯酸树脂成膜性好,粘结能力强。但它存在“热粘冷脆”的缺点[3]。将有机硅与丙烯酸树脂改性,具有很好的耐高低温性,能在很大程度上弥补丙烯酸树脂乳液的不足,又可赋予有机硅的优点,因此,对于它的研究和探索越来越受到人们的关注[4,5]。制备有机硅改性丙树脂常用的两种方法是物理共混法和化学共聚法[6]。共混法制备硅丙树脂的工艺简便,且反应条件几乎没有限制,但其生成的聚合物分子量小,而且生成物的其他性质在生产生活中的应用也大打折扣[8],而通过化学共聚法制备出的改性丙烯酸树脂乳液,它具有较好的疏水性,耐酸碱性,稳定性和耐高温性,并且它的粒径相对较大[8]。本实验采用环境友好的乳液聚合法,将反应中加入KH-570,引入碳碳双键,与有机硅预聚体化学交联,以此来生成达到国民需求的高质量丙烯酸树脂乳液产品。主要研究KH-570改性的含有不同量甲基硅油的丙烯酸树脂乳液的制备方法,并测其耐酸性、耐碱性、耐溶剂性、耐高温性、粒度和热重等性能。

1 实验部分

1.1 药品试剂与仪器

丙烯酸丁酯(BA),甲基丙烯酸甲酯(MMA)丙烯酸(AA),过硫酸钾,NaHSO3,二乙醇胺,KOH 均为分析纯,天津市红河东区红岩试剂厂生产;r-甲基丙烯酰氧基丙基三氧基硅烷(KH570),八甲基环四硅氧烷(D4),二甲亚砜(DMSO),辛烷基酚聚氧乙烯醚-10均为化学纯,天津化学试剂厂生产;十二烷基苯磺酸钠(DBS),六甲基二硅氧烷(MM)均为分析纯,阿拉丁试剂(上海)有限公司生产;有机改性纳米LDH(自制)。

Nicolet6700型红外光谱仪(日本玛德仪器设备有限公司);Q100型差热扫描量热仪(日本玛德仪器设备有限公司)。

1.2 合成路线与实验

1.2.1 有机硅预聚体的合成 将20mL八甲基环四硅氧烷、10g KOH加入的三口烧瓶,打开恒温加热磁力搅拌器,保持反应温度为130℃,机械搅拌反应1h;再将1 mL二甲亚砜(DMSO)、0.1g六甲基二硅氧烷(MM)、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(KH-570)按比例混合均匀后加入烧瓶,于90℃下恒温反应3h,即可得到用于改性丙烯酸树脂的有机硅预聚体。

PCR扩增:利用引物27F和1492R对细菌基因组16S rDNA进行扩增,27F:AGTTTGATCMTGGCTCAG,1492R:GGTTACCTTGTTACGACTT。扩增体系(25μL):10×PCR buffer2.5μL,dNTP(2.5mmol/L each)1 μL,DNA10 ng,引物 F(10 μmol/L)0.5 μL,引物R(10 μmol/L)0.5 μL,加双蒸H2O至25 μL。扩增程序:94℃ 4 min;94℃ 45 s,55℃ 45 s,72℃60 s,共30个循环;72℃10 min,4℃终止反应。

图1 在1680~1550cm-1区间有吸收峰,这正是C=C双键在红外光谱中的特征吸收频率范围 [9],而图2中此峰消失。甲基硅油与丙烯酸树脂乳液发生了化学反应。

2 分析检测

2.1 红外光谱分析:将KBr压制成晶体压片将树脂膜涂于其上,在红外光谱仪上制作红外光谱谱图。

2.2 耐碱性分析

在碱性条件下,样品的固含量随有机硅含量的增加先呈上升趋势,达到至高点后又呈下降势态。其中,在有机硅为4%时,固含量最大;在8%时,固含量最小。所以,当有机硅质量分数为8%时,耐碱性最好。

2.3 耐酸性分析

称取等量的不同硅含量的丙烯酸树脂乳液,分别加入等量的40%的H2SO4溶液,振荡,使其充分反应,待2h之后将其离心30min后称量固体的质量。

2.4 耐热性分析

(1)从红外光谱法做出的丙烯酸树脂乳液的光谱表征图可以分析出:共混法制得树脂乳液在1680~1550cm-1之间出现了很强的吸收峰,没有发生化学反应;共聚法中,双键改性,数量和强度减弱。

2.5 热重分析

取丙烯酸树脂乳液适量(样品的质量不得大于3mg),用热重分析仪对样品的热重进行分析。

3 结果与讨论

3.1 红外表征

3.2.2 碱性条件下有机硅含量与乳液固含量的关系

  

图1 有机硅预聚体的红外光谱图

 

Fig.1 Infrared spectra of silicone prepolymer

图2为有机硅改性丙烯酸树脂乳液的红外光谱图。

  

图2 有机硅改性丙烯酸树脂乳液的红外光谱图Fig.2 Infrared spectra of silicone modified acrylic resin emulsion

1.2.2 共聚法制备有机硅改性丙烯酸树脂乳液 取20mL蒸馏水、1g十二烷基苯磺酸钠和2g二乙醇胺于三口烧瓶中,搅拌,升温到65℃时,再加入0.1g NaHSO3及约一半重量的混合单体,并同时加入一定质量(让预聚体的质量分别占混合单体质量的0,2%,4%,6%,8%,10%的六组)的有机硅预聚体,其中混合单体由9 g丙烯酸甲酯、15g丙烯酸丁酯、1 g丙烯酸和0.5g N-羟甲基丙烯酰胺按比例混合而成,至搅拌均匀后滴加由0.2g过硫酸铵溶于水制成的引发剂和制好的混合单体溶液。聚合反应开始后,让体系自行升温到85℃,恒温,混合单体和引发剂溶液的定量滴加也不要间断,大约30min加完,而引发剂最好在混合单体加完之后大概10min加完,最后保持该温度继续混合约90min。这样一个完整的聚合反应耗时约2.5h,加入有机硅预聚体后仍旧不断搅拌至乳液的温度降低到40℃,即可得到稳定的聚合物乳胶。

3.2 固含量与乳液性能的关系

3.2.1 酸性条件下有机硅含量与乳液固含量的关系

  

图3 有机硅质量分数与单体转化率关系曲线图Fig.3 Curve of silicone mass fraction and monomer conversion

由图3可知,在酸性条件下,有机硅质量分数在2%到8%之前,有机硅含量与乳液固含量呈正相关;而超过了这个界限的丙烯酸树脂,乳液固含量便随着有机硅含量的增加而降低;在2%时,固含量为最小值;在8%时,固含量达到最大值。所以,有机硅质量分数为8%时,耐酸性最好。

图1为有机硅预聚体的红外光谱图。

  

图4 有机硅的质量分数与固含量的关系图Fig.4 Curve of silicone mass fraction and solid content

称取等量的不同硅含量的丙烯酸树脂乳液,分别加入等量的40%的KOH溶液,振荡,使其充分反应,待2h之后将其离心30min后称量固体的质量。

3.2.3 高温下有机硅含量与乳液固含量的关系

  

图5 高温下有机硅含量与乳液固含量的关系图Fig.5 Curve of silicone content and emulsion solids content relationship in high temperature

由图6可知,纯丙烯酸树脂在大约120℃之前的质量变化是树脂中水分的蒸发过程引起的,从120~300℃的温度范围表面丙烯基的分解,在300℃之后则为样品中其他基团的分解。从中可以看出,在200、300℃的失重率分别为 38.70%和 49.06%,因此,纯丙烯酸树脂的耐热性能较差。硅含量为4%和8%的改性后的丙烯酸树脂在200℃之前的重量变化为水的分解过程,从200~400℃为引入的碳碳双键的分解,在400℃之后,则为样品中其他官能团的分解。硅含量为4%的样品200℃的失重率为20.73%,300℃的失重率是47.56%;硅含量为8%的样品200℃的失重率为28.40%,300℃失重率为45.56%,改性后的树脂热稳定性有所提高。

本文着重于法律层面的风控探讨。法律风险,指的是法律的覆盖面以及覆盖程度。而毫不夸张的说,目前我国在这两方面都存在相当大的空白。

3.3 热重分析

 
  

图6 样品的热重分析Fig.6 Thermogravimetric analysis of samples1.Acrylic resin 2.Acrylic resin with 4%silicon content 3.Acrylic resin with 8%silicon content

由图5可以看出,在有机硅含量为6%前,乳液固含量明显下降;当硅含量在6%之后,固含量又上升,但上升趋势较缓;硅含量6%时,固含量达到最低值。所以,当有机硅质量分数为6%时,耐热性最强。

4 结语

称取等量的不同硅含量的丙烯酸树脂乳液,置于水浴锅中水浴加热3h后将其离心半小时后称量固体的质量。

对比容量市场价格与补偿率的情况如图3所示,容量市场价格与补偿率有一定的相关性,但并不是决定性的因素。从2009~2017年容量市场的供求情况来看,出清容量一般与需求容量基本持平,略大于需求容量,理论上成本补偿率应该接近100%。但实际情况来看,2009年、2010年容量市场价格较高,但成本补偿率较低,主要还是由于燃料价格较高导致。在需求曲线制定阶段,对于燃料价格的预期基于历史数据,所以具有一定的不准确性。能量市场可以补偿部分固定成本,当燃料价格上涨时,能量市场价格对燃料价格变化的反应首先体现在能否突破可变成本,所以会挤占能量市场对固定成本补偿的部分,而不是直接的价格上涨[4]。

七是确保震损水利工程安全度汛。对震损水库、水电站、堤防、水文设施逐一进行分析研判,对影响安全度汛的震损水利工程抓紧制定修复方案,确保在主汛期前修复完毕。对汛前难以修复的要制定安全度汛应急预案,确保汛期防洪安全。

(2)通过热重分析仪对丙烯酸树脂的分析可以看,出改性后的丙烯酸树脂在200和300℃的失重率均小于物理共混法制得的,因此,得出它的热稳定性能比没有改性的丙烯酸树脂好,化学共聚法制出的丙烯酸树脂的性能更优。

变速箱 .....................................................7速双离合

(3)通过对丙烯酸树脂乳液中固含量的分析知,在有机硅含量为2%时,乳液的耐酸性最好;当有机硅含量为8%时,样品的耐碱性最优;当单体硅的质量分数为6%时,丙烯酸树脂乳液的耐热性最强。

这些年来,想要让一张照片在网上获得广泛的传播,只是简简单单地在Camera Raw中校准画面白平衡和曝光远远不够。我们往往需要用不同的色彩效果,为画面注入更强烈的情感表达。只要我们的选择合理,就能给画面带来锦上添花的效果。

参考文献

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[3] Marukha M V,Gnyp I P.Anticorrosive temperature-resistant organosilicon coatings with compacted mineral fillers[J].Mater Science,2004,40(1):89-93.

[4] 薛健.有机硅创新技术在涂料中的应用[J].上海涂料,2004,42(5):1-5.

[5] 杨凯,曹光群,杨成.乳液聚合法制备有机硅树脂乳液的研究[J].化工新型材料,2008,36(11):62-64.

[6] 张平,王明利,管晶.羟基硅油乳液的合成[J].纺织高校基础科学学报,2009,22(2):241-244.

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[8] 马建中,王华金,鲍艳.核壳型硅丙复合乳液的合成及性能研究[J].精细化工,2010,27(2):195-200.

[9] 龚兴宇,解云川,张乾,等.高硅烷含量硅丙复合乳液的性能及应用研究[J].涂料工业,2002,32(5):6-9.

 
赵维,邓宇凌,李玉红
《化学工程师》 2018年第04期
《化学工程师》2018年第04期文献

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