功能性丙烯酸酯共聚物乳液的制备及其在调湿涂料中的应用

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随着科技发展,人民生活水平的提高,人们对居住条件的安全性、舒适性的要求也越来越高。室内热湿环境作为影响居住条件舒适性的一个关键因素已经受到人们一定关注。采用主动式方法实现室内湿度的调节,即空调技术。虽然效果明显,但是需要消耗能源,而且成本较高,并且需要人为的维护、管理。从可持续发展战略考虑下,它并非解决的根本方法,而只能作为辅助手段来调节室内的热湿环境。采用被动法进行湿度调节,利用可再生能源或材料的吸放湿特性调节湿度,无需任何人工能源,是一种生态性调湿方法。调湿涂料是具有吸、放湿特性的功能涂料,它相比与一般的调湿材料而言,有效利用室内空间,但又不占用室内空间是它最大的优势,因此具有广阔的市场利用前景。本课题组突破了传统涂料中“涂层吸水性强,耐水性就差”的观点,在保证涂料基本性能的前提下,提高涂层吸水性,成功制备水敏感呼吸型调湿涂料。其基本性能均达到合成乳液内墙涂料国家标准并且在小箱密封环境中表现出较好的调湿性能。本文在课题组研究两亲性丙烯酸共聚物及调湿涂料研究基础上,按照成熟的调湿涂料制备工艺,批量制备调湿涂料,用于室内涂刷,考察在实际条件下的调湿性能。并以制备在室内环境中能自动调湿、性能良好的涂料为研究目标,在丙烯酸酯聚合物乳液制备过程中加入功能性单体,制备改性丙烯酸酯聚合物乳液,以其为功能性高分子成膜物,以无机多孔多层材料为颜填料,制备了具有调湿功能的内墙调湿涂料。论文分为以下几部分。首先,论文分两部分综述了目前调湿材料和调湿涂料的研究。阐述了目前调湿材料的种类、性能及其优缺点;评价调湿材料调湿特性指标的几种观点;调湿材料的测试标准及典型方法以及目前调湿涂料的种类及其优缺点。第二,首先将兰州市作为北方地区的典型代表分析湿度的变化规律,对2011年一年时间内兰州市温湿度变化进行分析,找到室外湿度变化规律。其次,采用本课题组前期成熟的合成技术,批量制备了两亲丙烯酸无皂核壳乳液。以该乳液为成膜物,与具有调湿性的各种多孔填料(如:蒙脱土、硅藻土等)和如钛白粉等颜料进行复合,批量制备了具有调湿性的呼吸敏感涂料。基于该类涂料在小型调湿实验测试结果,然后将其对普通房屋内墙进行涂刷,考察它在实际利用中的调湿效果。结果表明,该种调湿涂料具有延缓室内湿度降低的功能。第三,采用环氧改性丙烯酸酯的办法,以甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为改性单体,采用离子型/非离子复合乳化剂,制备了环氧-丙烯酸酯共聚物乳液。用傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)和透射电镜(TEM)对聚合物结构与热稳定性,粒子形貌进行了表征。最终得到了环氧-丙烯酸酯共聚物乳液的最佳合成工艺。并以此丙烯酸酯共聚物为功能性高分子成膜物,以多孔层无机矿物为颜填料,制备了丙烯酸酯共聚物功能涂料。测定了其涂料基本性能,并考察了成膜物与涂料的吸水性、吸/放湿性能。结果表明:所制备的改性丙烯酸酯共聚物涂料的基本性能均达到合成乳液内墙涂料国家标准,并具有一定的调湿能力。第四,为了进一步提高丙烯酸酯共聚物的亲水吸水性,在聚合反应中加入甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA),制备了一种高吸水性环氧-丙烯酸酯共聚物乳液。考察了功能单体用量、引发剂用量、乳化剂用量和反应温度等参数对聚合物性能的影响。用傅里叶红外光谱(FT-IR)和热重分析(TG)透射电镜(TEM)对聚合物结构与热稳定性,粒子形貌进行了表征。最终得到了最佳的聚合工艺。用该乳液复合多孔层无机矿物制备了调湿涂料,其基本性能达到合成乳液内墙涂料国家标准,并具有一定的调湿能力。第五,采用无皂乳液聚合技术,通过对实验引发剂、反应温度、功能单体用量等参数的探索,最终得到了无皂环氧-丙烯酸酯共聚物乳液的最佳合成工艺。并用TG、动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)对所制备的环氧-丙烯酸酯共聚物的结构、热稳定性,以及乳液粒子的形态及其粒径分布进行了表征。用该乳液复合多孔层无机矿物制备的调湿涂料,其基本性能达到合成乳液内墙涂料国家标准,并具有一定的调湿能力。总之,通过对调湿涂料实际室内调湿能力的测试,证明该种调湿涂料具有延缓室内湿度发生剧烈,增大室内湿度的作用。所制备的三种环氧-丙烯酸酯共聚物调湿涂料吸水性、耐水性和调湿性能俱佳,且该调湿涂料制备工艺和施工方法简单易行,并具有环保、节约能源的特点,有望用于建筑物室内内墙的涂装。
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