開題報(bào)告(創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)）有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液及乳膠涂料研制

1、開題報(bào)告(創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)）有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液及乳膠涂料研制 湖南工學(xué)院專業(yè)（創(chuàng)新）綜合實(shí)驗(yàn)開題報(bào)告模版 實(shí)驗(yàn)題目 有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液及乳膠涂料的研制 學(xué)生姓名 課題 起止時(shí)間 202x 年 10 月-202x 年 月 一、實(shí)驗(yàn)的研究背景及意義： 乳膠涂料是一種用途廣泛的新型涂料，具有價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)便、耐水性好、綠色環(huán)保、平安無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)。其中內(nèi)墻涂料以價(jià)廉物美的醋酸乙烯酯共聚類乳膠涂料應(yīng)用最多。丙烯酸酯共聚類乳膠涂料與其它乳膠涂料品種相比，有較好的耐候性、耐水性、抗磨損性和保色性，應(yīng)用面也較廣。近年來(lái)也開始在金屬物外表上防腐上得到應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)合成了聚醋酸乙烯酯乳膠，制備了乳膠涂料并測(cè)定了其性

2、能。 有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳膠涂料具有儲(chǔ)存期長(zhǎng)的特點(diǎn)，且涂膜的粘接強(qiáng)度、硬度、拉伸強(qiáng)度、耐溶劑性、耐擦洗性和耐水性都有明顯提高。人們對(duì)有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液在膠粘劑中的應(yīng)用進(jìn)行了很多研究，通過(guò)有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑對(duì)丙烯酸酯膠粘劑的作用發(fā)現(xiàn)，有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑到達(dá)一定值時(shí)，它可以表現(xiàn)出良好的粘接效果。 有機(jī)硅之所以能夠用來(lái)改性丙烯酸酯，主要是因?yàn)橛袡C(jī)硅氧烷結(jié)構(gòu)中的 sio 的鍵能(425kj/mol)大于丙烯酸酯單體中的 cc(375kj/mol)鍵和 co(351kj/mol)的鍵能，并且分子體積很大，內(nèi)聚能密度比擬低，使得它同時(shí)具有良好的耐上下溫性能、疏水性、透氣性和耐候性等優(yōu)異特點(diǎn)。但是有機(jī)硅聚合物的

3、分子鏈?zhǔn)秩犴?，分子間作用力較小，所以機(jī)械強(qiáng)度偏低，對(duì)金屬、橡膠、塑料的粘附性較差。與此同時(shí)有機(jī)硅乳液固化溫度比擬高，約為 150200，且固化時(shí)間長(zhǎng)，它與基材之間的附著力很差。因此，如果將有機(jī)硅和丙烯酸樹脂這兩類聚合物結(jié)合在一起，可以得到兼具二者優(yōu)異性能的新型材料，這在理論研究和實(shí)際應(yīng)用中都有重要的意義。 二、實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、技術(shù)路線、實(shí)施方案： 1 2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、引發(fā)劑和丙烯酸酯類單體的純化處理 2、丙烯酸酯乳液（空白樣）和有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液的制備 配方研究：主要考慮有機(jī)硅的用量、或復(fù)合乳化劑的配比及用量、或其它單體的配比、或引發(fā)劑用量、或 ph 緩沖劑的用量等。 工藝研究：加料順

4、序、或反響溫度、或反響時(shí)間等。 注：每組實(shí)驗(yàn)可重點(diǎn)考察 1 個(gè)因素的影響，至少完成 3 個(gè)乳液聚合實(shí)驗(yàn)。 3、有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液及乳膠膜的性能測(cè)試（根據(jù)需要選擇性測(cè)試） 測(cè)量乳液的固含量、凝膠率、轉(zhuǎn)化率、機(jī)械穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性、存儲(chǔ)穩(wěn)定性、鈣離子穩(wěn)定性、稀釋穩(wěn)定性、流變性能、粒徑或 zeta 電位。測(cè)試乳膠膜的紅外光譜、熱重分析、吸水率、耐水性、耐溶劑性。 4、有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳膠涂料的制備 5、有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳膠涂料的性能測(cè)定（根據(jù)需要選擇性測(cè)試） 測(cè)定自制乳膠涂料和市售乳膠涂料的粘度、固含量、枯燥時(shí)間、耐水性、耐堿性、吸水率、遮蓋力、硬度、沖擊強(qiáng)度等性能。 2 2.2 技術(shù)路線

5、2.2.1 有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液的研制 1、引發(fā)劑和丙烯酸酯類單體的純化處理： 過(guò)硫酸銨 aps（引發(fā)劑）采用重結(jié)晶進(jìn)行純化； 丙烯酸類單體先用氫氧化鈉溶液洗滌。再用清水洗滌至中性，然后用無(wú)水硫酸鈉枯燥，最后采用減壓蒸餾進(jìn)行純化； 2、丙烯酸酯乳液（空白樣）和有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液的制備 乳液聚合原料配方 成分 名稱 用量 單體 甲基丙烯酸甲酯 15.0 苯乙烯 15.0 丙烯酸丁酯 15.0 丙烯酸羥乙酯 5.0 丙烯酸 0.25 有機(jī)硅單體 0/2.5 乳化劑 十二烷基硫酸鈉 0.5 op-10 0.5/1.0/1.5 引發(fā)劑 過(guò)硫酸銨 1.0 其他 碳酸氫鈉 0.15 去離子水 h 2

6、 o 80.0 制備流程： 預(yù)乳化： 在三口燒瓶中先參加去離子水和丙烯酸類單體進(jìn)行攪拌，邊攪拌邊參加ph 緩沖劑（碳酸氫鈉）、乳化劑攪拌兩到三分鐘，取一局部作為空白樣。然后參加有機(jī)硅單體，調(diào)高轉(zhuǎn)速攪拌 30 分鐘。制的預(yù)乳液，取 20-40 克作為反響滴加前的種子乳液。種子乳液取出后，參加引發(fā)劑，繼續(xù)攪拌 15 分鐘后取出。 乳液的制備： 四口燒瓶在 80水浴鍋水浴。添加底水，參加乳化劑、ph 調(diào)節(jié)劑、去離子水。到達(dá)設(shè)定好的溫度后參加種子乳液，攪拌 5 分鐘后參加引發(fā)劑。反響 10-15 分鐘，觀察底水顏色，顏色變藍(lán)后穩(wěn)定 1-2 分鐘。開始滴加預(yù)乳液。預(yù)乳液總滴加時(shí)間控制在 3-3.5 小時(shí)

7、之間。滴加完成后保溫 1 小時(shí)。保溫結(jié)束后，把溫度降到 40以下。調(diào)節(jié) ph 值至 7.0-7.5 之間。最后過(guò)濾去料。 3、有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液及乳膠膜的性能測(cè)試 1.乳液固含量測(cè)定 在恒重的外表皿 w 0 上準(zhǔn)確稱取 w 1 （g）乳液樣品，把它放入烘箱中，在100條件下烘干至恒重 w 2 （g），那么固含量可由下式得： 固含量=(w 2 -w 0 )/（w 1 -w 0 ）*100 2. 凝膠率測(cè)定 凝膠率采用重量法測(cè)定。待反響完成后，用濾布過(guò)濾，將濾網(wǎng)，攪拌槳及四口瓶中的凝膠物質(zhì)搜集于燒杯中，在 110下烘干，稱重，質(zhì)量記為 m 1 。其中單體總質(zhì)量 m 2 凝膠率計(jì)算公式如下： 凝

8、膠率=m 1 /m 2 *100 3. 轉(zhuǎn)化率 取質(zhì)量 w 1 的樣品于燒杯中，將其放入 110鼓風(fēng)枯燥箱烘干至恒重，取出稱量重量記為 w 2 （瓶子質(zhì)量 w 0 ）。公式如下： 轉(zhuǎn)化率=(w 2 -w 0 )/w 1 ÷理論固含×100 4. 乳液的機(jī)械穩(wěn)定性 取 30ml 乳液聚合物，參加到曾力攪拌器體系中進(jìn)行強(qiáng)力攪拌 10 分鐘，觀察乳液狀態(tài)，如無(wú)分層和絮凝現(xiàn)象，那么表示其機(jī)械穩(wěn)定性通過(guò)。 5. 鈣離子的穩(wěn)定性 取 20ml 聚合物乳液于燒杯中。參加 5ml 濃度為 0.5%的 cacl2 溶液，攪拌均勻，靜置 72 小時(shí)，三天后觀察乳液外觀，假設(shè)無(wú)分層和絮凝現(xiàn)象，那

9、么代表鈣離子穩(wěn)定性通過(guò)。 6. 溶液的稀釋穩(wěn)定性 取適量聚合物乳液于燒杯中，用去離子水稀釋乳液至 1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，靜置72 小時(shí)，三天后觀察乳液外觀，假設(shè)無(wú)分層和絮凝現(xiàn)象，那么表示稀釋穩(wěn)定性通過(guò)。 2.2.2 乳化劑對(duì)乳液性能的影響 乳化劑用量對(duì)乳液性能的影響 實(shí)驗(yàn)中乳化劑選用的是 op-10，配制成水溶液使用， 采用單因素實(shí)驗(yàn)法，考察乳化劑的不同用量對(duì)乳液性能的影響，具體用量為 0.5、1、1.5g。 2.2.3 乳膠膜的制備： 將乳液涂覆于玻璃片上(厚度為 100m),80烘干 2h,冷卻后將膜取下,索氏抽提 24h 后放入枯燥器中備用。 乳膠膜的性能測(cè)試： 1. 紅外光譜 取適量乳液，

10、枯燥成膜，采用溴化鉀壓片法制備樣品，將乳膠膜與 kbr 一同研磨壓片,利用德國(guó) bruker 公司生產(chǎn)制造的型號(hào)為 tensor2 的傅里葉紅外變換光譜儀對(duì)所制備的聚合物進(jìn)行測(cè)試，并分析聚合物的化學(xué)組分和結(jié)構(gòu)。 2. 熱重分析 將乳液在 50下枯燥成膜，取 5-10mg 樣品，在 tg209f 型熱重分析儀上對(duì)樣品.進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)設(shè)定條件為:在空氣條件下，以 20/min 的加熱速率，由 30升至 800。 3. 吸水率 玻璃板外表除塵晾干，稱重記為 m 1 , 將制備好的乳液均勻涂在玻璃板上，然后放入 110烘箱中烘干至恒重，取出并稱量連玻璃板重量 m 2 。將漆膜連 同玻璃板- -起浸漬

11、在水中浸泡 24 小時(shí)，取出后用濾紙吸干外表水分，稱重記為 m 3 。漆膜吸水率可按照如下公式(2-3)計(jì)算: 吸水率=（m 3 -m 2 ）/（m 2 -m 1 ）×100 4. 耐水性 在適當(dāng)容器中參加去離子水，維持水溫 25"c 左右，將制備好的試板放入水槽中。保證試板約有 2/3 浸泡于水中。定時(shí)觀察試板狀態(tài)并記錄。 2.2.4 有機(jī)硅丙烯酸酯乳膠涂料的研制 稱量 0.5 g nahco3、 0.4 g sds、0.3 g op10、5 ml mma、15 ml ba、0.5 ml aa、20 ml 去離子水和一定量有機(jī)硅單體于圓底燒瓶中， 300 r /min 攪

12、拌 20 min，然后超聲分散 20 min，制備殼層預(yù)乳液。將 20 ml 去離子水、0.6 g sds、15 ml mma、5 ml ba、0.5 ml aa 和剩余的乳化劑 op10 參加到裝有攪拌器、冷凝管和溫度計(jì)的四口燒瓶中， 300 r /min 攪拌乳化 20 min，升溫至 70 后開始滴加引發(fā)劑溶液( 0.1 g kps 溶于 5 ml 水) ，30 min 內(nèi)滴完; 隨后升溫至 75 保溫反響 1 h，然后滴加殼層預(yù)乳液，同時(shí)滴加剩余引發(fā)劑溶液( 剩余 aps 溶于 5 ml 水) ，1.5 h 內(nèi)滴完，再升溫至 82 熟化 2 h; 冷卻至室溫用 300 目的尼龍網(wǎng)過(guò)濾，

13、用氨水調(diào)節(jié) ph = 7 8，即得有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液。 2.2.5 有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳膠涂料的性能測(cè)定 1 .粘度 利用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量乳液的粘度。取適量乳液置于口徑大于 7cm 的燒杯中，根據(jù)對(duì)乳液粘度的預(yù)估測(cè)選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)子及量程。將裝有乳液的燒杯置于粘度計(jì)樣品臺(tái)，將轉(zhuǎn)子浸入，乳液頁(yè)面沒(méi)過(guò)轉(zhuǎn)子上的頁(yè)面刻度。翻開電源開關(guān)，帶刻度盤讀書穩(wěn)定時(shí)讀取讀數(shù)，乘以相應(yīng)的量程倍數(shù)，即為乳液的粘度。 2.固含量測(cè)定 在恒重的外表皿 w 0 上準(zhǔn)確稱取 w 1 （g）乳液樣品，把它放入烘箱中，在 100條件下烘干至恒重 w 2 （g），那么固含量可由下式得： 固含量=(w 2 -w 0 )/（w 1 -w

14、 0 ）*100 3.耐水性 在適當(dāng)容器中參加去離子水，維持水溫 25左右，將制備好的試板放入水槽中。保證試板約有 2/3 浸泡于水中。定時(shí)觀察試板狀態(tài)并記錄。 3 2.3 實(shí)施方案 2.3.1 主要內(nèi)容 單體和引發(fā)劑的純化處理（減壓蒸餾、重結(jié)晶等），有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液的制備及性能測(cè)定，有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳膠涂料的制備及其性能測(cè)定。 2.3.2 預(yù)期目標(biāo) 1、掌握有機(jī)小分子單體和引發(fā)劑的純化處理方法； 2、掌握有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液的制備方法及乳液性能測(cè)定方法； 3、掌握有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳膠涂料的制備及其性能測(cè)定。 2.3.3 設(shè)計(jì)研究的重難點(diǎn) 1、有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液的制備； 2、有

15、機(jī)硅改性丙烯酸酯乳膠涂料的制備。 三、實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度安排 表 4 進(jìn)度安排 起止日期 進(jìn)度安排 202x/9/25-202x/9/30 202x/10/1-202x/10/28 選題，查閱資料，下達(dá)課題任務(wù)書 開題，理清實(shí)驗(yàn)思路，做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備 202x/10/29-202x/4/5 做實(shí)驗(yàn) 202x/4/5-202x/4/22 資料，完成畢業(yè)論文初稿，中期檢查 202x/4/23-202x/5/15 畢業(yè)論文盲審，在教師指導(dǎo)下修改完善畢業(yè)論文， 定稿并裝訂成冊(cè) 202x 年 5 月底 準(zhǔn)備并完成論文辯論及后期修訂 四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所需條件： 表 1 實(shí)驗(yàn)試劑 材料與藥劑 純度 藥品生產(chǎn)產(chǎn)商名稱 甲基丙烯酸甲酯（mma) 化學(xué)純 永華化學(xué)品公司 丙烯酸丁酯(ba) 化學(xué)純 永華化學(xué)品公司 丙烯酸(aa) 化學(xué)純 永華化學(xué)品公司 op-10 化學(xué)純 強(qiáng)盛化工公司 氨水 十二烷基硫酸鈉(sds) 過(guò)硫酸胺（aps） 碳酸氫鈉 化學(xué)純 化學(xué)純 化學(xué)純 化學(xué)純 實(shí)驗(yàn)室自制 上海潤(rùn)捷公司、夢(mèng)得化學(xué)品公司 上海潤(rùn)捷公司、夢(mèng)得化學(xué)品公司 實(shí)驗(yàn)室自制 去離子水 - 實(shí)驗(yàn)室自制 2、主要儀