【摘 要】
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本文提出了一种制备安全环保且成本低的聚偏氟乙烯(PVDF)基复合胶乳的简单方法,并研究了其在水性涂料领域的应用。首先,以PVDF为种子,加入混合丙烯酸酯单体对其溶胀,利用种子乳液聚合法合成了带有活性基团的聚偏氟乙烯/聚丙烯酸酯(PVDF/PACL)复合胶乳。通过调控丙烯酸酯单体的配比,所制备的复合胶乳可以轻松地在室温下成膜而无需烘烤。此外,系统研究了复合乳胶粒子的化学组成、形貌、相转变行为和自组装
【基金项目】
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国家自然科学基金(51973050,51373047); 河北省自然科学基金(B2019202114);
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本文提出了一种制备安全环保且成本低的聚偏氟乙烯(PVDF)基复合胶乳的简单方法,并研究了其在水性涂料领域的应用。首先,以PVDF为种子,加入混合丙烯酸酯单体对其溶胀,利用种子乳液聚合法合成了带有活性基团的聚偏氟乙烯/聚丙烯酸酯(PVDF/PACL)复合胶乳。通过调控丙烯酸酯单体的配比,所制备的复合胶乳可以轻松地在室温下成膜而无需烘烤。此外,系统研究了复合乳胶粒子的化学组成、形貌、相转变行为和自组装成膜过程以及乳胶涂层的表面组成、表面微观结构和综合性能。通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、环境扫描电子显微镜(ESEM)、动态光散射纳米粒径分析仪(DLS)、差示扫描量热仪(DSC)、热失重分析仪(TGA)、动态机械分析仪(DMA)分别表征与分析了复合乳胶粒子的化学组成、微观形貌、内部结构、自组装成膜过程、粒径及粒径分布、结晶行为、热稳定性和玻璃化转变温度(Tg);通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)探究了复合涂层的表面微结构和表面组成;通过划格法、手动擦拭法分别测试了涂层的附着力和耐有机溶剂性能;通过紫外老化试验机和光泽度仪探究了涂层的抗紫外老化性能。研究结果表明:在此反应体系中,丙烯酸酯共聚单体的配比和PVDF/丙烯酸酯投料比是制备室温成膜且具有优异性能的水性复合涂层的关键。SEM测试结果表明丙烯酸丁酯(BA)的添加量对PVDF/PACL复合粒子的形态有很大的影响。DLS、DSC、TGA测试结果分别显示当PVDF/丙烯酸酯单体的投料比为1∶2或者更小时,复合乳胶粒子具有较窄的粒径分布、PVDF产生受限结晶、不再有明显的PVDF重量损失峰,这些结果说明PVDF与PACL之间形成了均一的结构且PVDF可以完全被PACL包覆。通过DMA表征,得到了不同甲基丙烯酸甲酯(MMA)添加量的复合粒子的Tg,并探究出当MMA单体的含量为35 wt%或者更少时,PVDF/PACL复合胶乳可以在室温下成膜。复合乳胶粒子的成膜过程是一个动态的干燥过程,最终形成了具有PVDF分散相和PACL连续相的均一涂层。水性复合涂层表现出对基材良好的附着力和出色的耐有机溶剂性能;并且涂层在高强度紫外线照射后几乎保留了原始的光泽度,表现出优异的抗紫外老化性能。以上实验结果表明,最终获得的PVDF/PACL复合胶乳在水性涂料领域具有重要的应用价值。
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