無醛涂料的制備與研究畢業(yè)設(shè)計(jì)
無醛涂料的制備與研究畢業(yè)設(shè)計(jì),涂料,制備,研究,鉆研,畢業(yè)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目 107無醛涂料的制備與研究專 業(yè) 名 稱 材料化學(xué)班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 06023317學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 填 表 日 期 2010 年 3 月 21 日1、 選題的依據(jù)及意義1、1選題依據(jù)107涂料是上世紀(jì)80年代初期開發(fā)的,以聚乙烯醇縮甲醛為主要成膜物的涂料。仿瓷涂料、冷瓷涂料、803涂料等均為此種涂料的商名。盡管上世紀(jì)60年代我國就有了乳膠漆的生產(chǎn)技術(shù),但由于107涂料以價(jià)格低廉適應(yīng)了當(dāng)時(shí)的社會(huì)發(fā)展水平和人民生活的要求,所以曾風(fēng)靡一時(shí),占據(jù)了我國建筑涂料的大部分市場。但是,在多年使用中,107涂料暴露出一些致命的缺陷。其中最大的危害當(dāng)屬107涂料中含有的有害物質(zhì)甲醛。傳統(tǒng)107涂料的主要成膜物質(zhì)107膠的生產(chǎn),是在聚乙烯醇中加入甲醛,進(jìn)行醇醛縮合反應(yīng)而生成的膠狀體混合物,由于聚乙烯醇是分子量很大的高分子化合物,與甲醛反應(yīng)時(shí)反應(yīng)阻力很大,通常條件下很難與甲醛反應(yīng)完全1,這樣大量的致癌物質(zhì)甲醛就會(huì)殘留在107膠中,當(dāng)107膠用作107涂料的主要成膜物質(zhì)時(shí),107膠中的未反應(yīng)甲醛就全留在107涂料中,危害人們的健康。目前市場上的107涂料絕大部分都含有甲醛這一有毒、有害成分,因此,研制新型無毒害的107涂料已是107涂料市場發(fā)展的必然趨勢。無醛107涂料即是在107膠的生產(chǎn)制備過程中選用某種交聯(lián)物質(zhì)來替代傳統(tǒng)的甲醛,使得107膠中完全不含有甲醛這一有毒物質(zhì),在生產(chǎn)源頭將甲醛這一有毒物質(zhì)去除,從而保證了制備的新型107涂料完全適應(yīng)市場的需要,亦符合國家的環(huán)保要求。1、2研究意義傳統(tǒng)107涂料由于其原料易得、成本低,從20世紀(jì)80年代開始,在我國建筑工程上一直得到廣泛應(yīng)用。但由于涂料的耐寒性差、游離甲醛含量高,其應(yīng)用范圍受到很大限制2。聚乙烯醇(PVA)在酸性條件下與甲醛反應(yīng)生成的聚乙烯醇縮甲醛膠,因具有粘接力強(qiáng)、黏度大、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),也曾在建筑裝飾裝修中廣泛應(yīng)用。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),國家對縮醛類膠水中游離甲醛揮發(fā)量的限制越來越嚴(yán)格。近年來人們?yōu)榻档涂s醛類膠水中游離甲醛揮發(fā)做了大量工作,并取得了一定進(jìn)展3-7,但這些改性方法只能降低膠粘劑中游離甲醛的含量,而不能完全消除。以聚乙烯醇作為主要成膜物制得的建筑涂料具有水溶性好,成膜性能優(yōu)良,價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛使用6,但聚乙烯醇分子中含有大量的羥基,親水性大,單純以聚乙烯醇作為成膜物的建筑涂料,因耐水性差而受影響。如何提高聚乙烯醇類涂料的耐水性是建筑涂料行業(yè)迫切需要解決的問題。目前普遍采用化學(xué)改性的方法,使其耐水性得到改善,常用的有甲醛改性聚乙烯醇,但因游離甲醛的刺激氣味及毒性使其應(yīng)用范圍受到限制,用聚醋酸乙烯、丙烯酸乳液、硅溶膠等改性8,都存在一定問題,改性工藝復(fù)雜,可操作性差,引入原材料品種多,成本高。因此,需要尋找新的無醛方式來對107涂料進(jìn)行改性。目前市場上的對107涂料的需求量還是非常之大的,但其甲醛含量已嚴(yán)重阻礙了它的發(fā)展,二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢國內(nèi)這幾年涂料市場的發(fā)展非常迅猛,但國家對其環(huán)保要求也是越來越高。據(jù)筆者了解,水性涂料國家標(biāo)準(zhǔn)自實(shí)施之日起,不達(dá)標(biāo)的涂料產(chǎn)品不再允許生產(chǎn);自2010年7月1日起,不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品不再允許在市場上銷售。從2010年5月份起,由環(huán)境保護(hù)部頒布的涂料環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求防水涂料正式實(shí)施。水性涂料國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:不得人為向防水涂料中添加乙二醇醚及其酯類、鄰苯二甲酸酯、二元胺、烷基酚聚氧乙烯醚、支鏈?zhǔn)榛交撬徕c、烴類、酮類、鹵代烴類溶劑。同時(shí),水性涂料國家標(biāo)準(zhǔn)對揮發(fā)性有機(jī)化合物、放射性、甲醛、苯、苯類溶劑、固化劑中游離甲苯二異氰酸酯等物質(zhì)也提出了限值要求。在國外,環(huán)境保護(hù)已成為一項(xiàng)重中之重的事業(yè)。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,環(huán)境污染越來越受到人類的重視,各國政府都相繼制定了有關(guān)法規(guī),美國從66項(xiàng)法規(guī)發(fā)展到現(xiàn)在的1113項(xiàng)法規(guī),對建筑涂料的有機(jī)揮發(fā)物(VOC)的限制作出了更為明確的規(guī)定。其有機(jī)揮發(fā)物含量從100mg/l限定到50mg/l。日本和歐美國家也都在環(huán)保法規(guī)上對有機(jī)揮發(fā)物含量給出了限定標(biāo)準(zhǔn),世界環(huán)保的要求和呼聲,使涂料的開發(fā)研究朝著低污染環(huán)保型的方向深化。建筑涂料在生產(chǎn)、使用中的揮發(fā)物質(zhì)是主要的環(huán)境污染源之一,因此,減少有機(jī)揮發(fā)物的含量已經(jīng)成為國外建筑涂料發(fā)展的總趨勢。目前,國內(nèi)外大多都是著力降低107涂料中游離甲醛的含量,例如:張占柱等人在改性107膠的制備研究1中通過高縮醛化等方法使得107涂料中游離甲醛的含量0.35%; Pedram Fatehi等人通過高分子電解滴定和膠質(zhì)滴定等方法9來改性涂料中游離甲醛的含量; Huining Xiao等人通過添加纖維來改性涂料10。目前取代甲醛用別的物質(zhì)作交聯(lián)劑來制備107建筑涂料這樣的研究還是比較少的,用聚醋酸乙烯、丙烯酸乳液、硅溶膠等改性,都存在一定問題,比如:改性工藝復(fù)雜,可操作性差,引人原材料品種多,成本高,等等。三、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案3.1 實(shí)驗(yàn)研究內(nèi)容由于目前市場上絕大多數(shù)107涂料都含有甲醛,實(shí)驗(yàn)試圖找到一種交聯(lián)劑來代替它。實(shí)驗(yàn)中擬選取硼酸鈉、異氰酸酯、脲醛等作為交聯(lián)劑,通過采用正交表L9(34)進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)獲得最佳實(shí)驗(yàn)條件11。再通過測定在最佳實(shí)驗(yàn)條件下的表干時(shí)間、粘度、附著力、抗沖擊強(qiáng)度、固含量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)來確定哪種物質(zhì)來作為交聯(lián)劑最佳。3.2 實(shí)驗(yàn)方案3.2.1 儀器與藥品儀器:電動(dòng)攪拌機(jī),恒溫水浴鍋,涂-4粘度計(jì),秒表,三口瓶(250ml),臺(tái)秤,燒杯。藥品:硼酸鈉、異氰酸酯、脲醛,聚乙烯醇,鹽酸(37%),氫氧化鈉,鈦白粉,立德粉,滑石粉,輕質(zhì)碳酸鈣,磷酸三丁酯,六偏磷酸鈉,無機(jī)顏料。3.2.2 正交實(shí)驗(yàn)表的確定11實(shí)驗(yàn)選擇附著力為主要參考指標(biāo),采用四個(gè)不同的反應(yīng)因素作為正交實(shí)驗(yàn)表的四個(gè)因素,分別為:A反應(yīng)溫度();B反應(yīng)時(shí)間(min);C反應(yīng)PH值;D交聯(lián)劑與聚乙烯醇(PVA)的摩爾比。每個(gè)因素?cái)M定3個(gè)水平(見表1),選用L9(34)正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)(見表2)。表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表因素水平A反應(yīng)溫度()B反應(yīng)時(shí)間(min)C交聯(lián)劑與聚乙烯醇(PVA)的摩爾比175201.2:1285301.5:1L9(34)正交實(shí)驗(yàn)因素表如表2所示表2 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)因素表實(shí)驗(yàn)號(hào)列號(hào)ABC11112122321242213.2.3 以硼酸鈉為交聯(lián)劑制備107涂料3.2.3.1 107膠的制備向裝有電動(dòng)攪拌器、滴液漏斗和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入92ml的去離子水,攪拌下慢慢加入7.5g聚乙烯醇(PVA)。逐步升溫至A,攪拌溶解。溶解后加入濃鹽酸,調(diào)至PH值為C,繼續(xù)保溫A,加入Dg交聯(lián)劑硼酸鈉,反應(yīng)Bmin,反應(yīng)結(jié)束后降溫至約60,慢慢滴加30%的氫氧化鈉溶液,調(diào)節(jié)反應(yīng)液至PH值7.07.5。撤去熱源,繼續(xù)攪拌片刻即可。3.2.3.2 107涂料的制備在一燒杯中取3.2.3中制得107膠50g,分別加入1.0g六偏磷酸鈉、1.4g鈦白粉、2.8g立德粉、2.8g滑石粉、15.0g輕質(zhì)碳酸鈣、0.1g磷酸三丁酯,攪拌混勻,即得107涂料。測所得涂料的附著力作為主要參考指標(biāo),確定最佳實(shí)驗(yàn)條件。3.2.3.3 107涂料性能的研究在最佳實(shí)驗(yàn)條件下重復(fù)3.2.3.1,3.2.3.2步驟,測試涂料的附著力、表干時(shí)間、粘度、抗沖擊強(qiáng)度、固含量等參數(shù)。3.2.4 以異氰酸酯為交聯(lián)劑制取107涂料12以異氰酸酯為交聯(lián)劑,重復(fù)3.2.3中所有步驟制取107涂料,獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)。3.2.5 以脲醛為交聯(lián)劑制取107涂料13-14以脲醛為交聯(lián)劑,重復(fù)3.2.3中所有步驟制取107涂料,獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)。四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度4.1 目標(biāo)1、確定107涂料正交實(shí)驗(yàn)的最佳實(shí)驗(yàn)條件。2、在不影響傳統(tǒng)107涂料基本性能的基礎(chǔ)上,找到一種能夠替代甲醛作為交聯(lián)物質(zhì)的交聯(lián)劑。4.2 主要特色本文旨在通過正交實(shí)驗(yàn)確定合理的實(shí)驗(yàn)方法來制備107涂料,完全不用甲醛而采用別的無污染環(huán)保型的交聯(lián)劑是本課題的主要特色。4.3工作進(jìn)度1、查找相關(guān)的外文資料并選擇翻譯 2009.12.082009.12.182、撰寫開題報(bào)告、論文(設(shè)計(jì))前期準(zhǔn)備 2009.12.182009.12.283、調(diào)查、研究、實(shí)驗(yàn)和撰寫論文或設(shè)計(jì) 2010.1.042010.06.01 4、論文或設(shè)計(jì)定稿 2010.06.052010.06.095、主審教師評定論文(設(shè)計(jì)) 2010.06.102010.06.16 6、論文答辯 2010.06.20 左右五、參考文獻(xiàn)1 莊義.為什么要淘汰107涂料J. 中國涂料.1999,4:44-46.2 張占柱,趙雅琴,靳明君 等.改性107膠的制備研究J.河北化工學(xué)院報(bào),1994,18(20):61-63.3 梁柏林,周民杰.環(huán)保型DAS-PVA建筑膠粘劑的制備J. 新型建筑材料.2007,57(2):57-59.4 曾麗娟,藍(lán)仁華.改性聚乙烯醇內(nèi)墻涂料的研制J.化學(xué)建材,2005,21(2):14-16.5 劉義,王洪艷,萬建華 等.環(huán)保型水性涂料的研制J.化學(xué)世界,2004,4:189-192.6 柯麗軍,黃仕鋒.聚乙烯醇縮甲醛的研制J.貴州化工,2005,30(5):17-24.7 姚興芳,郭英,賈堤,等.環(huán)保型聚乙烯醇膠黏劑的研制J.山東建材,2005(6):41-44.8 牛永生,牛曉玉,劉德崢 等.改性聚乙烯醇建筑涂料的研制J.化學(xué)工程師,2000,(8):26-27.10 Pedram Fatehi, Huining Xiao. 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