硅氟改性丙烯酸树脂的合成及在阴极电泳涂料的应用研究

发布时间：2017-08-11 05:04

  本文关键词：硅氟改性丙烯酸树脂的合成及在阴极电泳涂料的应用研究

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【摘要】：阴极电泳涂料(CEDP)作为工业化应用的环境友好型水性环保涂料之一,主要是以水溶性阳离子树脂为主要成膜物,采用电泳方式进行涂装,因其具有涂膜均匀、低污染、省资源、安全系数高等优点,而且易实现自动化涂装,已经大范围应用于机械电气产品、装饰五金产品、轻工产品、建材产品和汽车产品等,是一种商业价值前景良好的环境友好型水性涂料。丙烯酸树脂在高光泽度、耐候性等特性上具有较为显著的优势,已广泛应用在装饰性的阴极电泳涂料中,本文首先合成了应用于阴极电泳涂料中的阳离子型丙烯酸树脂,并为了提高丙烯酸树脂涂层的耐污性、耐温性以及耐腐蚀性,分别采用含硅化合物和含氟化合物对其进行改性。首先本文选取甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)、甲基丙烯酸异冰片酯(IBMA)、N-异丁氧基丙烯酰胺(N-IBAM)通过溶液聚合的方式,合成了系列阳离子型丙烯酸树脂(PA),FT-IR结果显示全部丙烯酸单体参与了聚合反应。实验结果表明了最佳的合成条件为:选用偶氮二异丁腈(AIBN)引发剂的用量为1.25wt%,反应温度为95±1℃,反应时间为5h,确定了甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)的用量为15wt%,甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)的用量为13wt%,选用中和剂为乳酸,中和度为90%,合成了固含量为65wt%的阳离子丙烯酸树脂。确定了外加固化剂选用甲乙酮肟(MEKO)封端的HDI三聚体,树脂与固化剂的配比量n(-OH):n(-NCO)确定为1:1.1,该制备条件下,电泳涂料粒径为9.39nm,贮存稳定性良好、电泳漆膜的耐水性、耐沸水性以及耐醇性通过,电泳漆膜铅笔硬度为3H,柔韧性测试为0mm,附着力测试为0级,耐冲击强度测试为50Kg·cm。在所制备的阳离子丙烯酸树脂成膜材料基础上,选择乙烯基三异丙氧基硅烷(TIVS)对其进行共聚改性,通过FT-IR显示了TIVS已成功镶嵌在PA中,制备出有机硅改性丙烯酸树脂(SPA)。考察了不同TIVS添加量对SPA树脂及电泳漆膜的影响,实验结果显示当TIVS的添加量为9 wt%时,合成的树脂及制备电泳漆膜性能较佳,树脂的粘度为27.45Pa·s,电泳漆液粒径12.7nm,电泳漆膜吸水率为0.943%,水接触角为101.27°,二碘甲烷接触角为89.3°,显示了较好的疏水效果与疏油效果,玻璃化温度为36.5℃,并显示了较佳的耐酸碱性。在SPA配方(TIVS添加量为9wt%)的基础上,选择全氟烷基乙基丙烯酸酯(FEMA)对PA进一步进行共聚改性,通过FT-IR显示了TIVS、FEMA已成功镶嵌在PA中,合成了硅氟改性阳离子丙烯酸树脂(SFPA)。在SPA配方(TIVS添加量为9wt%)的基础上,考察了不同FEMA添加量对SFPA树脂及电泳漆膜的影响,能谱与扫描电镜图可以看出,电泳漆膜的氟原子与硅原子迁移到了电泳漆膜,考察了不同FEMA添加量对SFPA树脂及电泳漆膜的影响,实验结果显示了当FEMA的添加量为9wt%时,电泳漆膜的水接触角为106.4°,二碘甲烷接触角为96.3°,显示了优异的疏水、疏油效果,电泳漆膜光泽度为100.5°,TG图显示了电泳漆膜具有更优异的热力学性能,另外,结果还显示了优异的耐盐水性能。以合成出的纯丙烯酸酯(PA)、硅改性丙烯酸酯(SPA)、硅氟改性丙烯酸酯(SFPA)电泳树脂为例,分析了电泳工艺参数对电泳涂膜厚度和外观的影响,得出最佳的电泳工艺参数:电泳涂装的电压为40V,电泳涂装的时间为50s,槽液温度为30℃,在该电泳条件下,得到厚度均匀、漆膜流平性良好的电泳涂膜。
【关键词】：丙烯酸树脂 阴极电泳涂料 有机硅 有机氟 改性
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ637
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 前言13-26
• 1.1 电泳涂料概述13-14
• 1.2 国内外阴极电泳涂料的概况14-15
• 1.2.1 国外阴极电泳涂料的概况14
• 1.2.2 国内阴极电泳涂料的概况14-15
• 1.3 阴极电泳涂料的类型15-17
• 1.3.1 阴极电泳涂料的特点15-16
• 1.3.2 阴极电泳涂装的原理16-17
• 1.4 阴极电泳涂料基体树脂的种类17-19
• 1.4.1 环氧树脂17-18
• 1.4.2 聚氨酯类树脂18
• 1.4.3 丙烯酸类树脂18-19
• 1.5 阴极电泳涂料的交联体系19-20
• 1.6 阴极电泳涂料的改性研究进展20-24
• 1.6.1 含硅功能材料改性阴极电泳涂料20-22
• 1.6.2 含氟功能材料改性阴极电泳涂料22-23
• 1.6.3 含硅氟功能材料改性阴极电泳涂料23-24
• 1.7 课题研究目的及意义24
• 1.8 本课题研究的内容24-26
• 第二章 阳离子型丙烯酸树脂合成及在阴极电泳涂料的应用26-52
• 2.1 引言26-27
• 2.2 实验部分27-32
• 2.2.1 实验材料27-29
• 2.2.2 阳离子型丙烯酸树脂合成设计29
• 2.2.3 阳离子型丙烯酸树脂玻璃化温度设计29-30
• 2.2.4 反应单体的滴加方式对树脂的影响30-31
• 2.2.5 合成工艺流程框图31
• 2.2.6 实验原理31
• 2.2.7 阳离子型丙烯酸树脂合成步骤31-32
• 2.2.8 阴极电泳涂料的制备和固化32
• 2.3 性能测试与表征32-37
• 2.3.1 阳离子型丙烯酸树脂及电泳漆液外观32
• 2.3.2 固含量的测定32-33
• 2.3.3 粘度的测定33
• 2.3.4 电泳漆液贮存稳定性测试33
• 2.3.5 电泳漆膜耐水性测试33-34
• 2.3.6 电泳漆膜耐醇性测试34
• 2.3.7 电泳漆膜耐沸水性测试34
• 2.3.8 电泳漆膜硬度测试34
• 2.3.9 电泳漆膜附着力测试34
• 2.3.10 电泳漆膜耐冲击性测试34-35
• 2.3.11 电泳漆膜柔韧性测试35
• 2.3.12 电泳漆膜光泽度测试35
• 2.3.13 羟值测定35-36
• 2.3.14 胺值的测定36
• 2.3.15 丙烯酸酯单体转化率的测定36-37
• 2.3.16 阳离子型丙烯酸树脂的红外光谱表征37
• 2.3.17 电泳漆液透光率测试37
• 2.3.18 电泳漆液pH值测试37
• 2.3.19 电泳漆液电导率测试37
• 2.3.20 固化剂的热分析37
• 2.4 结果分析与讨论37-50
• 2.4.1 红外光谱图表征分析37-38
• 2.4.2 反应温度对丙烯酸酯单体转化率的影响38-39
• 2.4.3 引发剂添加量对丙烯酸酯单体转化率的影响39-40
• 2.4.4 助溶剂的类型及用量对树脂水溶性的影响40-41
• 2.4.5 中和度对树脂及漆液的影响41-43
• 2.4.6 聚合物胺值、羟值对树脂及电泳漆膜性能的影响43-46
• 2.4.7 封闭型多异氰酸酯种类的影响46-48
• 2.4.8 固化剂DSC分析48
• 2.4.9 固化剂用量对电泳涂膜性能的影响48-50
• 2.4.10 漆膜性能的测试50
• 2.5 本章小结50-52
• 第三章 有机硅改性丙烯酸树脂合成及阴极电泳涂料的应用52-66
• 3.1 引言52
• 3.2 实验部分52-55
• 3.2.1 实验原料52-54
• 3.2.2 合成工艺流程图54
• 3.2.3 实验原理54
• 3.2.4 有机硅改性阳离子型丙烯酸树脂合成步骤54
• 3.2.5 阴极电泳涂料的制备与固化54-55
• 3.3 性能测试与表征55-57
• 3.3.1 有机硅改性阳离子型丙烯酸树脂及电泳漆液外观55
• 3.3.2 固含量的测定55
• 3.3.3 粘度的测定55
• 3.3.5 电泳漆膜硬度测试55
• 3.3.6 电泳漆膜光泽度测试55
• 3.3.7 电泳漆膜吸水率性测试55-56
• 3.3.8 电泳漆膜耐酸、碱性测试56
• 3.3.9 有机硅改性阳离子型丙烯酸树脂的红外光谱表征56
• 3.3.10 电泳漆液粒径分析56
• 3.3.11 电泳漆膜接触角分析56
• 3.3.12 电泳漆膜的热分析56-57
• 3.4 结果分析与讨论57-64
• 3.4.1 有机硅聚合物对树脂的影响57-58
• 3.4.2 红外光谱图表征58
• 3.4.3 TIVS添加量对改性阳离子型树脂粘度的影响58-59
• 3.4.4 TIVS添加量对电泳漆液分散粒径的影响59-60
• 3.4.5 TIVS添加量对电泳漆膜吸水率的影响60-61
• 3.4.6 TIVS添加量对电泳漆膜接触角的影响61-62
• 3.4.7 TIVS添加量对电泳漆膜硬度的影响62-63
• 3.4.8 电泳漆膜热性能分析63-64
• 3.4.9 TIVS添加量对电泳漆膜耐酸碱性的影响64
• 3.5 本章小结64-66
• 第四章 硅氟改性丙烯酸树脂的合成及阴极电泳涂料的应用66-81
• 4.1 引言66-67
• 4.2 实验部分67-69
• 4.2.0 实验原料67
• 4.2.1 实验仪器67-68
• 4.2.2 合成工艺流程图68
• 4.2.3 实验原理68-69
• 4.2.4 硅/氟改性阳离子型丙烯酸树脂合成步骤69
• 4.2.5 阴极电泳涂膜的制备69
• 4.3 测试方法69-71
• 4.3.1 硅/氟改性丙烯酸树脂及电泳漆液外观69
• 4.3.2 固含量的测定69
• 4.3.3 电泳漆液贮存稳定性测试69
• 4.3.4 电泳漆膜吸水率性测试69-70
• 4.3.5 电泳漆膜耐盐水性测试70
• 4.3.6 电泳漆膜光泽度测试70
• 4.3.7 硅/氟改性阳离子型丙烯酸树脂的红外光谱表征70
• 4.3.8 电泳漆液粒径分析70
• 4.3.9 电泳漆膜的热分析70-71
• 4.3.10 电泳漆膜接触角分析71
• 4.3.11 电泳漆膜表面形貌扫描电镜分析71
• 4.3.12 电泳漆膜能谱分析71
• 4.4 实验结果与分析71-79
• 4.4.1 红外光谱谱图表征分析71-72
• 4.4.2 FEMA添加量对电泳漆液粒径的影响72-74
• 4.4.3 电泳漆膜表面分析74
• 4.4.4 FEM添加量对电泳漆膜接触角的影响74-75
• 4.4.5 FEMA添加量对电泳漆膜光泽度的影响75-76
• 4.4.6 电泳漆膜热力学性能测试76-78
• 4.4.7 电泳漆膜漆膜的耐盐水性能测试78-79
• 4.5 本章小结79-81
• 第五章 电泳涂装工艺研究81-87
• 5.1 电泳涂装实验81-82
• 5.1.1 电泳涂装示意图81-82
• 5.2 结果与讨论82-86
• 5.2.1 电泳电压的影响82-83
• 5.2.2 电泳时间的影响83-84
• 5.2.3 电泳温度的影响84-86
• 5.3 本章小结86-87
• 第六章 总结87-89
• 参考文献89-94
• 研究生在读期间发表的论文94-95
• 致谢95

【参考文献】

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本文编号：654297