1058-107無醛涂料的制備與研究(只有說明書)
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1本設(shè)計(jì)已經(jīng)通過答辯,如果需要圖紙請(qǐng)聯(lián)系QQ 251133408 另專業(yè)團(tuán)隊(duì)代做畢業(yè)設(shè)計(jì),質(zhì)量速度有保證。1 前言1.1 107 無醛涂料簡介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,加之傳統(tǒng) 107 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(duì)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。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(shì)。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。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2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(duì) 107 涂料進(jìn)行改性。1.2 脲素改性聚乙烯醇反應(yīng)機(jī)理107 膠耐寒性差是由于聚乙烯醇在水中的氫鍵效應(yīng)所致。聚乙烯醇在水溶液中易發(fā)生締合反應(yīng),水被氫鍵截留在無定型區(qū)和結(jié)晶區(qū)。在無定型區(qū),它們是相對(duì)游離的;在結(jié)晶區(qū),則呈締合狀態(tài)。因此,提高 107 膠的耐寒性應(yīng)使結(jié)晶區(qū)的水締合狀態(tài)發(fā)生改變。解決的有效辦法是通過聚乙烯醇的高縮醛化,使 107 膠的結(jié)晶區(qū)改變制備的關(guān)鍵是原料配比、合成工藝和反應(yīng)終點(diǎn),提高膠的縮醛化度,使其具有較高的粘度和較好的耐寒性。在一定條件下加入適量的脲素,可以達(dá)到這一效果。反應(yīng)式如下:1.3 硼酸鈉改性聚乙烯醇反應(yīng)機(jī)理聚乙烯醇(PVA)是一種強(qiáng)親水性經(jīng)基聚合物,要想改善其耐水性,必須把 PVA 分子中的羥基掩蔽起來,或者使羥基與其它分子結(jié)合生成難溶于水的物質(zhì)。本文加入硼酸鈉,水解后會(huì)生成硼酸,其作用是使 PVA 分子中的 OH 基團(tuán)與硼酸分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),硼酸的 BO 鍵斷裂,與聚乙烯醇形成C BO鍵,從而使聚乙烯醇分子3得以交聯(lián),提高了耐水性,其反應(yīng)式如下:1.4 異氰酸酯(TDI )改性聚乙烯醇反應(yīng)原理TDI 在水溶液中 ,同 PVA 的反應(yīng)比較復(fù)雜,其主要交聯(lián)反應(yīng)為 TDI 交聯(lián) PVA 分子鏈,生成甲苯二氨基甲酸聚乙烯醇酯。交聯(lián)反應(yīng)可繼續(xù)進(jìn)行,也可相互交錯(cuò)進(jìn)行,生成交聯(lián)度更大的高分子化合物。由于以水為溶劑,交聯(lián)劑 TDI 與水反應(yīng)生成甲苯二胺和脲,該反應(yīng)產(chǎn)物很容易被氧化成醌,而使粘合劑帶棕黃色 9。另外,TDI 自身也可二聚、三聚。利用動(dòng)力學(xué)原理,控制反應(yīng)溫度、原材料配比等來控制交聯(lián)度抑制副反應(yīng)、避免較深的顏色、保證交聯(lián)改性反應(yīng)的有效進(jìn)行。1.5 國內(nèi)外研究進(jìn)展國內(nèi)這幾年涂料市場的發(fā)展非常迅猛,但國家對(duì)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(duì)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4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(duì)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(duì)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(shì)。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 10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 11。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。1.6 項(xiàng)目的研究內(nèi)容、研究目標(biāo)以及擬解決的關(guān)鍵問題研究內(nèi)容:傳統(tǒng) 107 建筑涂料的成本低廉、容易制備,但它的粘結(jié)強(qiáng)度和耐水、耐潮性能較差,加之含有甲醛等有害物質(zhì),其應(yīng)用范圍越來越受到限制。選用無毒無害的交聯(lián)劑來替代甲醛完成聚合反應(yīng),同時(shí)使所得產(chǎn)品的基本性能不發(fā)生變化成為一個(gè)關(guān)鍵的問題。本文采用三種不同種類的交聯(lián)劑進(jìn)行改性,完全不用甲醛等有毒有害物質(zhì)作為交聯(lián)劑、從產(chǎn)品源頭上保證所制得的產(chǎn)物符合國家的環(huán)保要求。另外,采用正交等實(shí)驗(yàn)方法確定每一種交聯(lián)劑的最佳實(shí)驗(yàn)條件,通過比較三種交聯(lián)劑在最佳實(shí)驗(yàn)條件下所制得 107 涂料的力學(xué)性能確定哪種交聯(lián)劑最為合適。研究目標(biāo):(1) 確定每一種交聯(lián)劑與聚乙烯醇(PVA)反應(yīng)的最佳實(shí)驗(yàn)條件;(2) 制備出水溶性、力學(xué)性能較高的 107 無醛涂料并測(cè)定其基本力學(xué)性能;(3) 通過比較確定最佳交聯(lián)物質(zhì)及反應(yīng)條件。擬解決的關(guān)鍵問題:(1) 由于聚乙烯醇 (PVA)極容易聚合,因此確定交聯(lián)劑的含量成為一個(gè)關(guān)鍵問題。5(2) 測(cè)試產(chǎn)品的各種性能。(3) 綜合分析各種產(chǎn)品。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑實(shí)驗(yàn)試劑詳見表2.1。表2.1 實(shí)驗(yàn)試劑藥品名稱 化學(xué)式 純度 生產(chǎn)廠家聚乙烯醇1799 (CH2CHOH)n CP 上海精細(xì)化工科技有限公司硼酸鈉 Na2B4O710H2O AR 江西科技精細(xì)化工廠脲素 CH4N2O AR 上海試一化學(xué)試劑有限公司甲苯-2,4-二異氰酸酯 C9H6N2O2 AR 上海試一化學(xué)試劑有限公司氫氧化鈉 NaOH AR 上海實(shí)驗(yàn)試劑有限公司丙酮 CH3COCH3 AR 汕頭市隴西化工有限公司磷酸三丁酯 CH2=CHCOOC4H9 CP 上?;瘜W(xué)試劑供應(yīng)五聯(lián)化工廠六偏磷酸鈉 (NaPO3)6 AR 上海試一化學(xué)試劑有限公司鈦白粉 TiO2 AR 汕頭市隴西化工有限公司立德粉 ZnSBaSO4 AR 無錫市澤輝化工有限公司6滑石粉 Mg3Si4O10(OH)2 AR 南昌市明瑞化工有限公司輕質(zhì)碳酸鈣 CaCO3 AR 上海市奉賢試劑廠2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器詳見表2.2。表2.2 實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱 型號(hào) 生產(chǎn)廠家調(diào)溫恒溫電熱套 HDM500 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 1011BS 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠數(shù)顯恒溫水浴鍋 HH2 國華電器有限公司無極恒速攪拌器 D2 鞏義市英谷予華儀器廠電子天平 PL203 海特勒(上海)儀器有限公司旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì) NDJ7 上海天平儀器廠秒表 4504 廣州麥斯卡發(fā)展有限公司初粘性測(cè)試儀 QTG 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司漆膜附著力試驗(yàn)儀 QFZ 天津永利達(dá)材料試驗(yàn)機(jī)有限公司72.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.2.1 以脲素為交聯(lián)劑制備 107 涂料 122.2.1.1 正交實(shí)驗(yàn)表的確定 13實(shí)驗(yàn)選擇粘度為主要參考指標(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 2.3),選用 L4(23)正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)(見表 2.4) 。表2.3 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1 75 20 1.2:12 85 30 1.5:1L4(23)正交實(shí)驗(yàn)因素表如表2.4所示表2.4L 4(23)正交實(shí)驗(yàn)因素表列號(hào)實(shí)驗(yàn)號(hào)A B C1 1 1 12 1 2 23 2 1 24 2 2 12.2.1.2 107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 8.0g 聚乙烯醇(PVA) 。逐步升溫至 A,攪拌溶解。溶解后加入濃鹽酸,8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。2.2.1.3 107涂料的制備在一燒杯中取 2.2.1.2 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(cè)所得涂料的粘度作為主要參考指標(biāo),確定最佳實(shí)驗(yàn)條件。2.2.1.4 107 涂料性能的研究在最佳實(shí)驗(yàn)條件下重復(fù) 2.2.1.2,2.2.1.3 步驟,測(cè)試涂料的附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、粘度、固含量等參數(shù)。2.2.2 以硼酸鈉為交聯(lián)劑制備 107 涂料 14-152.2.2.1 107膠的制備在電加熱爐上,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 8.0g 聚乙烯醇(PVA) 。逐步升溫至 95以上,攪拌溶解。溶解后將三口燒瓶移至恒溫水浴鍋中,加入適量 5%的 NaOH 溶液,調(diào)至 PH 值為 7 左右,反應(yīng)溫度控制在 70左右,分別加入 0.01g、0.02g、0.03g、0.04g、0.05gNa 3BO3 為交聯(lián)劑,反應(yīng) 60min,反應(yīng)結(jié)束后降溫至約 50,撤去熱源,繼續(xù)攪拌片刻即可。五組實(shí)驗(yàn)編號(hào)分別為 0.01%號(hào)、0.02%號(hào)、0.03%號(hào)、0.04%號(hào)、0.05%號(hào)。2.2.2.2 107膠的性能測(cè)試分別測(cè)試 0.01%號(hào)、0.02%號(hào)、0.03%號(hào)、0.04%號(hào)、0.05%號(hào)涂料的附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、粘度、固含量等參數(shù),繪制曲線,確定最佳配比。2.2.2.3 107涂料的性能測(cè)試選取最佳配比實(shí)驗(yàn)條件下的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,重復(fù)2.2.2.2實(shí)驗(yàn)操作步驟。2.2.3 以異氰酸酯為交聯(lián)劑制備 107 涂料 15-192.2.3.1 107膠的制備在電加熱爐上,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9去離子水,攪拌下慢慢加入 8.0g 聚乙烯醇(PVA) 。逐步升溫至 95以上,攪拌溶解。溶解后將三口燒瓶移至恒溫水浴鍋中,加入適量 5%的溶 NaOH 液,調(diào)至 PH 值為 7 左右,反應(yīng)溫度控制在 50左右,分別加入 0.03g、0.05g、0.1g、0.2g、0.3g 甲苯-2,4-二異氰酸酯交聯(lián)劑,反應(yīng) 90min,反應(yīng)結(jié)束后降溫至約 30,撤去熱源,繼續(xù)攪拌片刻即可。五組實(shí)驗(yàn)編號(hào)分別為 0.03%號(hào)、0.05%號(hào)、0.1%號(hào)、0.2%號(hào)、0.3%號(hào)。 (注:0.1%號(hào)實(shí)驗(yàn)加入適量丙酮考察丙酮對(duì)反應(yīng)體系的影響。 )2.2.3.2 107膠的性能測(cè)試分別測(cè)試 0.03%號(hào)、0.05%號(hào)、0.1%號(hào)、0.2% 號(hào)、0.3%號(hào)涂料的附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、粘度、固含量等參數(shù),繪制曲線,確定最佳配比。2.2.3.3 107涂料的性能測(cè)試選取最佳配比實(shí)驗(yàn)條件下的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,重復(fù)2.2.3.2實(shí)驗(yàn)操作步驟。3 結(jié)果與討論3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果處理3.1.1 脲素體系表 3.1:正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表列號(hào)實(shí)驗(yàn)號(hào)A() B( min) C:配料比粘度(mpa.s)1 75 20 1.2 18102 75 30 1.5 32103 85 20 1.5 27104 85 30 1.2 5710表 3.2:實(shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)分析表試驗(yàn)號(hào)因素 A B C 50 45 75 84 89 5910/2 25 22.5 37.5/2 41 44.5 29.5極差 R 16 22 8優(yōu)化條件 A2 B2 C1最佳實(shí)驗(yàn)方案:B 2A2C1在最佳實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)得的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下表 3.3(注:初粘性采用 15 號(hào)鋼球、30夾角):表 3.4:各項(xiàng)性能測(cè)試表附著力 初粘性 表干時(shí)間 成膜性 粘度六級(jí) 240 47min 一般 63mpa.s固含量測(cè)試如下表 3.5:固含量測(cè)試表面皿質(zhì)量 M 皿 膠體質(zhì)量 M1 灼燒后質(zhì)量 M2 固含量8.590g 2.585g 8.989g 84.6%3.1.2 硼酸鈉體系以硼酸鈉為交聯(lián)劑制備的 107 膠的各項(xiàng)性能如下表 3.6表 3.6 以硼酸鈉為交聯(lián)劑的各項(xiàng)性能測(cè)試性能實(shí)驗(yàn)號(hào)0.01% 0.02% 0.03% 0.04% 0.05%附著力 二級(jí) 二級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 三級(jí)初粘性 934 209 278 4217 324611表干時(shí)間 2h20min 2h30min 2h30min 3h 3h30min成膜性 一般 較好 較好 最好 較好粘度 12100mpa.s 26100mpa.s 33100mpa.s 59100mpa.s 36100mpa.s表面皿質(zhì)量 M 皿 9.017g 9.561g 8.614g 8.968g 8.581g膠體質(zhì)量M1 2.382g 3.349g 2.269g 4.181g 4.804g灼燒后質(zhì)量 M2 9.232g 9.885g 8.822g 9.317g 8.990g固含量性能測(cè)試固含量 91.0% 90.3% 90.8% 91.7% 91.5%圖 3.7 初粘性曲線12圖 3.8 表干時(shí)間曲線圖 3.9 粘度曲線圖 3.10 固含量曲線133.1.3 異氰酸酯體系以甲苯-2,4-二異氰酸酯為交聯(lián)劑制備的 107 膠的各項(xiàng)性能如下表 3.11表 3.11 以甲苯-2,4-二異氰酸酯為交聯(lián)劑的各項(xiàng)性能測(cè)試性能實(shí)驗(yàn)號(hào)0.03% 0.05% 0.1% 0.2% 0.3%附著力 三級(jí) 二級(jí) 一級(jí) 一級(jí) 二級(jí)初粘性 521 1137 3423 2528 1333表干時(shí)間 2h50min 3h 3h20min 4h 6h14成膜性 一般 較好 最好 較好 較好粘度 5100mpa.s 16.5100mpa.s 38100mpa.s 20100mpa.s 9100mpa.s表面皿質(zhì)量 M 皿 9.691g 8.742g 8.160g 8.472g 8.091g膠體質(zhì)量M1 2.131g 2.655g 2.301g 1.901g 2.795g灼燒后質(zhì)量 M2 8.886g 9.026g 8.263g 8.696g 8.298g固含量性能測(cè)試固含量 90.8% 89.3% 95.5% 88.2% 92.5%圖 3.12 初粘性曲線15圖 3.13 表干時(shí)間曲線圖 3.14 粘度曲線16圖 3.15 固含量曲線173.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的討論3.2.1 脲素體系由表 3.13.5 可知:以脲素作為交聯(lián)劑所制得的 107 膠的粘度都不是特別的大,在最佳實(shí)驗(yàn)條件下所得 107 涂料的粘度也只有 63mpa.s,再者,所得涂料的附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、固含量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)都不甚理想,究其原因,我想是因?yàn)殡逅胤肿咏Y(jié)構(gòu)式上的羰基活性不高,無法充分與聚乙烯醇進(jìn)行進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)所致,所以可以得出,脲素不適合作為 107 涂料的反應(yīng)交聯(lián)劑。3.2.1 硼酸鈉體系由圖表 3.63.10 可以知道:以硼酸鈉作為交聯(lián)劑所制得的 107 膠在粘度、附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、固含量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)上都是很理想的,這是因?yàn)榧尤塍w系中的硼酸鈉水解后會(huì)生成硼酸,其作用是使 PVA 分子中的OH 基團(tuán)與硼酸分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),硼酸的 BO 鍵斷裂,與聚乙烯醇形成 CBO鍵,從而使聚乙烯醇分子得以交聯(lián),再者,高活性的 Na+也可以加速交聯(lián)反應(yīng),所以制得的 107 膠的性能都較為優(yōu)異。圖 3.8 中表干時(shí)間是隨著交聯(lián)劑含量的上升而逐步增加的,而圖 3.7、3.9、3.10 都顯示,所得 107 膠的粘度、初粘性和固含量都在 0.04%時(shí)達(dá)到最大值,如再增加交聯(lián)劑的的含量則會(huì)有所遞減、由于 Na+含量過高,實(shí)驗(yàn)中也會(huì)出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。所以,0.04%號(hào)實(shí)驗(yàn)所制得的 107 膠是最理想的。3.2.3 異氰酸酯體系由圖表 3.113.15 可以知道:以甲苯-2,4-二異氰酸酯作為交聯(lián)劑所制得的 107 膠在粘度、附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、固含量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)上也都比較理想的。但是,除了加入丙酮的 0.1%號(hào)實(shí)驗(yàn),其它實(shí)驗(yàn)所得 107 膠都是略微帶棕黃色甚至是紅色。由于以水為溶劑,交聯(lián)劑 TDI 與水反應(yīng)生成甲苯二胺和脲,該反應(yīng)產(chǎn)物很容易被氧化成醌,而使粘合劑帶棕黃色 9。而圖 3.12、3.14 、3.15 都顯示,所得 107 膠的粘度、初粘性和固含量都在 0.1%時(shí)達(dá)到最大值,而成膜性、附著力等定性實(shí)驗(yàn)也都證明,加入丙酮的 0.1%號(hào)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的性能最好,這些都是因?yàn)槿舨患尤氡?,異氰酸酯與水會(huì)發(fā)生反應(yīng),而且反應(yīng)溫度越高,由于拉平效應(yīng),異氰酸酯與水反應(yīng)的速率會(huì)逐漸接近與主要成膜物質(zhì)聚乙烯醇的反應(yīng)速率,但是加入丙酮之后,由于異氰酸酯與丙酮能夠互溶而且丙酮也極易溶于水中,所以它與水反應(yīng)的趨勢(shì)會(huì)大大降低。因此可以得出結(jié)18論,丙酮有助于異氰酸酯發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),0.10%號(hào)實(shí)驗(yàn)所制得的 107 膠最理想。4 結(jié)論(1)脲素分子式上的羰基活性不高,不適合做 107 涂料的交聯(lián)劑。(2)硼酸鈉分子式中的B O結(jié)構(gòu)和高活性的Na +有助于加速制備107膠的交聯(lián)反應(yīng),反應(yīng)體系中硼酸鈉的百分含量為0.04%時(shí)所制得的107膠的性能最優(yōu),但當(dāng)體系中硼酸鈉的百分含量大于0.05%時(shí)會(huì)出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。(3)異氰酸酯(和丙酮聯(lián)用)非常適合做制備107膠的交聯(lián)劑,丙酮的加入可減緩交聯(lián)反應(yīng)中拉平效應(yīng)的趨勢(shì),所得產(chǎn)品的粘度、附著力、初粘性、表干時(shí)間、成膜性、固含量都非常合適,異氰酸酯的百分含量在0.1%時(shí)制得的107涂料性能最好。(4)同樣作為交聯(lián)劑,與異氰酸酯相比,使用硼酸鈉作交聯(lián)劑所得產(chǎn)物在粘度、初粘性等實(shí)驗(yàn)參數(shù)上優(yōu)于異氰酸酯,但它在固含量、成膜性、附著力等方面卻不如異氰酸酯所得產(chǎn)物,特別是在成膜性上,加入丙酮的0.1%號(hào)實(shí)驗(yàn)的成膜性是所有實(shí)驗(yàn)中做好的,因此,異氰酸酯最適合替代甲醛,作為107無醛涂料的反應(yīng)交聯(lián)劑、且百分含量在0.1% 左右。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 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.甲苯二異氰酸酯和硼砂交聯(lián)改性聚乙烯醇膠水的研究J .膠體與聚合物,1999,17(3):12-14 .致 謝值此論文完成之際,謹(jǐn)向我的導(dǎo)師熊聯(lián)明老師對(duì)我的諄諄教誨和熱情鼓勵(lì)表示衷心的感謝。導(dǎo)師對(duì)我學(xué)習(xí)上的激勵(lì)和生活上的關(guān)懷,令我感激不盡。導(dǎo)師的淵博知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)將使我終身受益。在我學(xué)士論文工作期間,得到了南昌航空大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院老師、同學(xué)的大力支持和幫助。在此,我向他們致以誠摯的謝意。借此機(jī)會(huì)向我的家人特別是我的父母表示衷心的感謝,正是他們四年以來的默默支持才使我更加順利地完成學(xué)業(yè)。最后,感謝在百忙之中抽出時(shí)間來審閱本論文的專家教授!向順成2010 年 6 月 9 日20
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