偏氯乙烯共聚物复合粒子的制备及其在水性涂料中的应用

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本论文基于传统自由基聚合机理,采用种子乳液聚合方法,进行了两个体系复杂胶体聚合物粒子及其水性涂层的制备。第一个体系以偏氯乙烯(VDC)聚合得到的聚偏氯乙烯(PVDC)乳胶粒子作为种子,以三氟氯乙烯(CTFE)、丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为壳层共聚单体,制备了具有核壳结构的PVDC/P(CTFE-co-MMA-co-BA)(PVDC/PCMB)复合粒子;第二个体系以VDC和BA共聚得到的P(VDC-co-BA)(PVB)乳胶粒子作为种子,以CTFE和异丁基乙烯醚(IBVE)为壳层共聚单体,制备了PVB/P(CTFE-co-IBVE)(PVB/PCI)核壳结构复合粒子。含有VDC共聚物复合粒子的乳液可进一步制备环境友好的多功能水性涂层。依次研究了核层或壳层共聚单体的组成比、核层/壳层聚合物的质量比对涂层成膜性、防腐性、粘附性、表面润湿性、耐候性的影响,总结出了VDC共聚物复合粒子微观结构、化学组成对制品宏观性能的影响规律。通过动态光散射激光粒度分析仪(DLS)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)分别对复合粒子的粒径及其分布、微观形貌、内部结构、元素分布、化学成分和结晶情况进行了表征和分析,确认了复合粒子多层次结构及复杂化学组成。通过交流阻抗(EIS)测试了由复合粒子制备的水性涂层的防腐性能;通过划格法评估了涂层的附着力;借助紫外老化试验机和光泽度仪探究了涂层的耐候性能。两个体系的研究结果表明:共聚单体组成比、核壳质量比是调控涂层微观形貌及宏观性能的关键。对于PVDC/PCMB水性涂层体系,当MMA/BA的组成比为2.50g/2.50g、PVDC核/PCMB壳的质量比为2.50g/15.00g时,乳液仅需8h即可室温固化成膜,对马口铁基材粘附力很强(5B),在质量分数为3.5%的NaCl水溶液中,可有效防腐保护马口铁基材400 h以上。在PVB/PCI水性涂层体系中,当VDC/BA的组成比为20.00g/2.00g、PVB核/PCI壳的质量比为3.60g/13.98g时,即使经过反复高强度的紫外线照射,PVB/PCI复合涂层光泽度依然没有损失,展现出杰出的耐候性。综上所述:VDC共聚物复合粒子制备的水性涂层由于其多层次结构及特定化学组成能够实现成膜性能、耐候性能、防腐性能、粘附性能的综合调控,为其在多功能水性涂料中的潜在应用奠定了实验基础。
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