1、 毕业设计报告(论文)论 文 题 目 ：高性能外墙涂料的制备与性能研究作者所在系部： 材料工程系 作者所在专业： 高分子材料应用技术 作者所在班级： 10842 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 20103084228 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 2013 年 6 月 9 日 北华航天工业学院教务处制摘 要通过对丙烯酸酯类外墙涂料的单体，溶剂，以及其他组分的分子结构和配比的研究，从理论上提出了提高其性能的改进和制备方法。所得到的高性能丙烯酸酯外墙涂料在各方面具有优异的性能。关键词：高性能，丙烯酸酯，外墙涂料IAbstractBy using acrylic ester monom
2、er of exterior wall coating, solvent, and other components and the ratio of the molecular structure of the research,from theory to improve the performance of the improved and the preparation method. The resulting high-performance acrylate exterior wall coating with excellent performance in various a
3、spects.Keywords ： high performance, acrylic ester, exterior wall coatingKey words: high performance, acrylic ester, exterior wall coating- 2 -目 录摘 要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 国内外研究现状 .11.3 丙烯酸涂料简介 .11.4 丙烯酸树脂结构与性能的关系 .21.5 丙烯酸涂料的改性 .3第二章 丙烯酸涂料的改性和制备 .52.1 丙烯酸涂料的共（聚）混改性 烷氧基硅烷改性丙烯酸酯水性涂料
4、.52.1.1 选材与配方 .52.1.2.制备方法 .62.1.3.性能分析 .72.1.4 效果评价 .92.2 丙烯酸涂料的填充与功能改性 丙烯酸酯水乳型阻燃涂料 .92.2.1.选材与配方 .92.2.2.制备方案 .102.2.3.性能分析 .112.2.4.效果评价 .122.3 纳米 SiO2改性水溶性丙烯酸涂料 .132.3.1 选材 .132.3.2 制备方法 .132.3.3 性能分析 .132.3.4 效果评价 .16第三章 丙烯酸涂料性能分析和总结 .173.1 改性丙烯酸涂料的性能分析 .173.1.1 涂料的施工性能 .173.1.2 漆膜性能 .173.1.3 涂
5、料的环保性能 .173.2 总结 .18致 谢 .19参 考 文 献 .20北华航天工业学院毕业论文- - 0 -第 1 章 绪论1.1 课题背景 涂料是一种流动状态或粉末状态的物质，能够均匀的覆盖和良好的附着在物体表面形成固体薄膜，它是具有防护，装饰或者其他特殊功能的材料。 1人们通常将涂料分为有机涂料和无机涂料两大类，当前使用的最广泛的是有机涂料。高性能外墙涂料具有较强的强度、弹性和附着力, 以及十分突出的耐候性、耐沾污性、耐水性耐酸碱性, 好的透气性和高光泽性。为此, 业内把大力发展高性能外墙涂料作为自己工作的重点, 高性能的外墙涂料在我国将获得大力开发和推广应用。通常，将具有优良耐久性
6、、耐沾污性和装饰效果的建筑外墙涂料称为高性能外墙涂料。 1高性能外墙涂料的种类不多，目前仅限于氟树脂外墙涂料、聚氨酯一丙烯酸酯复合外墙涂料和有机硅一丙烯酸酯复合外墙涂料3类。1）氟树脂外墙涂料氟树脂外墙涂料具有如耐久性好，防玷污性好，施工性好等优点。有溶剂性和水性2类，溶剂性氟树脂外墙涂料为双组分涂料，是目前耐久性最好的外墙涂料。水性氟树脂涂料为单组分产品，施工方便，环境影响小，但性能比之溶剂性产品相对较差。2）聚氨酯一丙烯酸酯复合外墙涂料聚氨酯一丙烯酸酯复合外墙涂料是双组分涂料，具有装饰性能好、高温不回黏、涂膜硬度高、耐候性好、保光、保色性优异等特征。目前应用的该类涂料主要是溶剂性产品，对环
7、境的影响大，特别是游离异氰酸酯毒性大。3）有机硅一丙烯酸酯复合涂料有机硅一丙烯酸酯复合外墙涂料主要是在丙烯酸酯涂料的基础上，使用有机硅改善涂料的性能，使涂料具有更好的耐热、耐沾污、高温下不回黏等特性。有机硅一丙烯酸酯复合外墙涂料也有水性和溶剂性2种。水性类施工方便，环境影响小；溶剂性的性能更为优异，但成本高，且对环境影响大。北华航天工业学院毕业论文- - 1 -1.2 国内外研究现状建筑外墙涂料已成为国外外墙装饰的主流。据报导, 2012 年美国、德国、瑞士等国家建筑物外墙用外墙涂料占建筑用外墙用材的90 % 。目前, 国外外墙涂料的研究开发及应用基本上以中高档品种为主, 品种多, 其发展方向
8、表现为低VOC、零V0C、功能复合化和高性能、高档次方向发展。我国外墙涂料的应用刚起步, 外墙涂料仅占建筑外墙用材的5%10% 左右, 且低档次品种所占比重较大。丙烯酸外墙涂料的中高档品种应用发展很快。高性能的溶剂型聚氨醋外墙涂料、有机硅改性外墙涂料、溶剂型丙烯酸外墙涂料一也获得了较快的发展与应用。但水性聚氨酷外墙涂料、水性有机硅改性丙烯酸外墙涂料、含氟外墙涂料有待进一步加强研究开发与应用。 21.3 丙烯酸涂料简介丙烯酸树脂是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的均聚物和与其他烯类单体的共聚物。对丙烯酸类单体和树脂的研究最早于15805年由Otto Rohm开始，但由于条件限制，直到1927年才由Roh
9、m Hass公司工业化生产，而真正应用到涂料上则是在 1953年。与其他的合成高分子树脂相比，丙烯酸树脂具有许多突出的优点，例如其优异的耐光，耐候性，户外暴晒耐久性强，耐紫外光照射不易变色和分解，能长期保持原来的光泽和色泽，耐热性好，在170温度下不分解，不变色，在230左右甚至更高温度下不变色，色浅，水白透明，耐腐蚀，有较好的耐酸，碱，盐，油脂和洗涤剂等化学品玷污及腐蚀性能，极好的柔韧性和最低颜料反应性。在建筑外墙涂料工业上有很广泛的应用。随着建筑业的迅猛发展和美化城市环境的要求不断提高，现代城市建筑对高性能外墙涂料的要求也在逐渐增强，高性能外墙涂料的研制和开发刻不容缓。 31.4 丙烯酸树
10、脂结构与性能的关系1 稳定性，稳定性包括耐 UV 性，耐水解性，耐酸碱性，耐氧化剂性及其他化学腐蚀性。丙烯酸酯类树脂存在 -H，甲基丙烯酸酯类树脂无 -H，因此，前者的耐 UV 性和耐氧化性较后者差，甲基丙烯酸酯类树脂的耐 UV 性和耐氧化性可与聚四氟乙烯相媲美。由于甲基丙烯酸树脂主链为 CC 键，因此其耐水解性，耐酸碱性，耐氧化剂性及耐其他化学腐蚀性十分优异。2 力学性能，丙烯酸树脂的力学性能包括硬度，柔软性，延伸性，拉伸强度和韧性等。这些性质与其聚合物分子结构密切相关。下列的表 1-1,1-2 比较了一些聚合物分子北华航天工业学院毕业论文- - 2 -结构对其聚合物性能的影响：表 1-1
11、侧链长度对聚合物性能的影响 4聚合物类型 拉伸强度/MPa断裂伸长率（%）聚甲基丙烯酸甲酯68.9 1聚甲基丙烯酸乙酯37.2 25聚甲基丙烯酸丁酯3.44 300聚丙烯酸甲酯 6.93 750聚丙烯酸乙酯 0.23 1800聚丙烯酸丁酯 0.02 2000表 1-2 酯基结构对聚合物性能的影响 4性 能 比 较硬度 IBN=EABA增塑功效 IBN=EABA耐水性 IBN=BAEA延展性 IBN=EAEA耐碱性 IBN=BAEA注：IBN丙烯酸异丁酯；EA丙烯酸乙酯；BA丙烯酸丁酯。1.5 丙烯酸涂料的改性通过对丙烯酸树脂进行交联改性，可大幅度的提高膜的硬度，耐溶剂性，耐化学药品性和耐洗涤剂
12、性。一般是在合成丙烯酸树脂中加入某些含有官能团的单体做共聚单体。这些官能团在升高温度或者催化剂的作用下，会进行自交联或与外加交联剂反应固化成膜，得到热固性丙烯酸树脂，单体的类型对膜的影响如下表 1-3：北华航天工业学院毕业论文- - 3 -性能及效用 选用单体户外耐久性 甲基丙烯酸酯，丙烯酸酯硬度 甲基丙烯酸甲酯，苯乙烯，甲基丙烯酸，丙烯酸柔软性 丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，丙烯酸-2-乙基己酯耐污染性 短链丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯耐水性 甲基丙烯酸甲酯， （甲酯）丙烯酸高级酯，苯乙烯耐刮伤性 甲基丙烯酰胺，丙烯腈耐溶剂 丙烯腈，甲基丙烯酸酰胺，甲基丙烯酸根据所用官能团单体和树脂中所含的官能团类型，
13、热固性丙烯酸树脂可以分为系列几种：1） 含有羟基丙烯酸树脂。2） 含羧基（酸酐）丙烯酸树脂。3） 含环氧基丙烯酸树脂。4） 含氨基丙烯酸树脂。5） 含酰胺丙烯酸树脂。6） 含烷氧基丙烯酸树脂。北华航天工业学院毕业论文- - 4 -表 1-4 列举了用于热固性丙烯酸树脂常用功能单体及其交联：官能团单体 交联或交联剂 催化剂环氧基（甲基）丙烯酸缩水甘油酯，烷基缩水甘油醚自交联。多元羧酸，多元胺或含羟基化合物（甲基）丙烯酸，对甲基苯磺酸，甲基丙烯酸-N，N- 二甲基胺乙酯，四级铵化合物氨基 （甲基）丙烯酸-N,N-二甲基胺乙酯，自交联 酸酸酐 马来酸酐，衣康酸酐自交联。环氧树脂，多异氰酸酯。羟基 烯
14、丙醇，多元醇缩水烯丙基醚， （甲基）丙烯酸羟乙酯， （甲基）丙烯酸羟丙酯自交联。MF 树脂，多异氰酸酯酸羧基 （甲基）丙烯酸 自交联。MF 树脂，环氧树脂碱酰胺 （甲基）丙烯酰胺，马来酰亚胺自交联。环氧树脂，含羧基聚合物，氨基树脂（甲基）丙烯酸，磷酸，对甲基苯磺酸，对甲基苯磺酸吗啉盐热固性丙烯酸树脂中，最常用的为含羟基丙烯酸树脂和羧基丙烯酸树脂。合成含羟基丙烯酸树脂的功能单位，一般为甲基丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟乙酯，但后者有一定的毒性，而前者则含有一定量的二甲基丙烯酸乙二醇酯，容易导致相对分子质量升高，相对分子质量分布变宽甚至凝胶。因此，可以用甲基丙烯酸羟丙酯代替。利用含羧基官能团的丙烯酸树脂与
15、环氧丙烷反应，也可以制得含羟基官能团的丙烯酸树脂。合成含羧基丙烯酸树脂的官能团单体主要有丙烯酸和甲基丙烯酸。羟基丙烯酸树脂通常以氨基树脂做交联剂，其户外耐候性，耐溶剂性好，固化速度快；羧基丙烯酸树脂通常以环氧树脂做交联剂，其柔软性和对金属的粘结力比羟基丙烯酸树脂好，但是户外耐久性不如后者，固化速度也不如后者快。北华航天工业学院毕业论文- - 5 -第二章 丙烯酸涂料的改性和制备2.1 丙烯酸涂料的共（聚）混改性烷氧基硅烷改性丙烯酸酯水性涂料2.1.1 选材与配方（1）乳液原料（表 1-5）原料名称 规格 产地八甲基环四硅氧烷（D4） 工业品 进口乙烯基三甲氧基硅烷（WD-21） 工业品 武汉大
16、学化工厂丙烯酸丁酯（BA） 工业品 上海高桥石化总厂甲基丙烯酸甲酯（MMA） 化学纯 上海高桥石化总厂丙烯酸（AA） 工业品 上海高桥石化总厂十二烷基硫酸钠（SDS） 分析纯 武汉大学化工厂壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10） 工业品 武汉大学化工厂过硫酸铵（NH 4） 2S2O8 分析纯 武汉大学化工厂（2）典型的配方选取合适的丙烯酸软硬单体的比例，以及合适的乳化剂与有机硅改性剂的用量，是制取高性能硅丙乳液的基本条件。 5各组分的配方如表 1-6：（3）涂料配方组分 MMA BA AA SDS OP-10 （NH 4）2S2O8D4 WD-21 WD-70 H2O配方（份） 32 52 4 4.0 2.0 0.4 7.2 0.6 3.6 144
