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VTMSによるアクリル酸エステル乳液の改質(zhì)研究

2007/12/3 17:01:00 41981

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エチレンベースのトリメトキシシラン（VTMS）のアクリル酸エステル乳液の重合及び乳液の性能に対する改質(zhì)作用を調(diào)べた。

直交実験により、合成弾性乳液の最適化條件が得られた。有機(jī)シリコンの使用量は3%で、誘発剤の使用量は0.5%で、乳化剤の使用量は4.8%で、反応溫度は78℃である。

高分子の形態(tài)および構(gòu)造をレーザ粒度分析器，赤外分光計(jì)，および示差熱分析器で特性評(píng)価した。

キーワード：ビニルトリメトキシシラン（VTMS）、アクリル酸エステル、乳液重合、改質(zhì)

0前言

アクリル酸ポリマーは優(yōu)れた成膜性と接著性、保光性、耐候性、耐食性、柔軟性を持っています。

しかし、それ自體は熱可塑性であり、線狀分子には架橋點(diǎn)が欠けており、三次元網(wǎng)狀架橋コーティングが形成されにくいため、耐水性、耐汚性が悪く、低溫で脆くなりやすく、高溫で粘著しやすい。

シリコン樹脂のSi－O結(jié)合能（450 kJ/mol）はC－C結(jié)合能（345 kJ/mol）とC－O結(jié)合能（351 kJ/mol）よりはるかに大きく、紫外線に強(qiáng)い耐候性、耐水性、耐汚性、耐化學(xué)媒體性などの特性を持っていますが、常溫での白乾性が悪いという欠點(diǎn)があります。

有機(jī)シリコン改質(zhì)アクリル樹脂はアクリル酸高分子の主鎖にアルコキシ基を帯びたシリコーンまたはポリシロキサンを引率しています。このような樹脂はアクリル樹脂と有機(jī)シリコン樹脂の長(zhǎng)所を兼ね備えています。

弾性建築塗料のコーティングは、従來の塗料の耐水性、耐候性、耐食性などを持っているだけでなく、広い溫度変化範(fàn)囲で弾力性、持久性、優(yōu)れた伸び率を維持して、建築物の表面の「活」亀裂の発生と運(yùn)動(dòng)に適応できます。

本論文では、エチレンを含む有機(jī)シロキサンを架橋剤として、有機(jī)シリコン改質(zhì)アクリル酸エステル弾性乳液を作製し、重合反応の最適なプロセス條件を調(diào)べ、乳液性能に対する影響要因を分析した。

1実験部分

1.1原材料

メタクリル酸メチル（MMA）、アクリル酸ブチル（BA）、メタクリル酸、十二アルキル硫酸ナトリウム（DBS）、炭酸水素ナトリウム、1、2のプロピルグリコール、無水亜硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム（APS）。

すべて純粋な分析です。エチレントリメトキシシラン（VTMS）、シンキフェニルポリオキシエーテル（OP-10）、工業(yè)品。

1.2乳液臺(tái)成

三口フラスコに乳化剤を十分に溶解させ、乳化液に1／10単體の混合物を添加し、前乳化O.5 h、昇溫して試験溫度にし、加えた誘発剤。

シード乳液が形成された後、殘りの単體混合物を垂らし始め、2.5～3.0 hで滴下し終わるように制御します。

最後に人の殘りの誘発剤を入れて、90℃の下で引き続き1 h反応して、60℃まで溫度を下げて、亜硫酸ナトリウムに參加して、引き続き0.5 h反応して、3 O℃まで冷卻して、人のアンモニアの水をプラスして、pH値を加減して7～8ぐらいまで、濾過して、材料を出します。

アクリル酸エステル?yún)g體の使用量を固定し、有機(jī)シリコンの使用量、誘発剤の使用量、乳化剤の使用量を選択し、反応溫度を変數(shù)としてゲル率、コーティング機(jī)械的性質(zhì)に対する影響を調(diào)べます。

要因と水平表は表1をご參照ください。

表1要因と水平表

1.3テストとキャラクタリゼーション

従來の方法に従って、合成乳液の固形量、転化率などをテストします。

従來の方法で、乳液のカルシウムイオン安定性、機(jī)械安定性を測(cè)定します。

ゲル率の測(cè)定。

機(jī)械的性質(zhì)：乳液をテフロン金型の中で室溫で膜にし、ブレードで調(diào)製したフィルムをテストストリップに切って、その斷裂を測(cè)定して伸ばします。

長(zhǎng)さと破斷強(qiáng)度、引張速度は200 mm/dminである。

乳液の粒徑と分布：MS-200レーザー粒度分析器で測(cè)定します。

架橋度：乳液をポリテフロンの鋳型に鋳造し、室溫で自然乾燥して膜になり、ソネル抽出器でアセトンを溶剤として6 h抽出し、押して式を計(jì)算します。

S%=(w 1–w 2)／w 1×100%

式中：w 1——前ゴム膜の品質(zhì)を抽出します。g；

W 2——一抽出後のゴム膜の品質(zhì)、g

差熱分析：SCRKZ 202—5型マイコン化差熱分析器で合成乳液塗膜を示差熱分析し、溫度を室溫から500℃まで測(cè)定し、昇溫速度は6℃/min、空気雰囲気。

赤外分析：合成乳液コーティングにアセトンを溶剤として殘留物を抽出し、AVATAR 360型赤外分光計(jì)で高分子の構(gòu)造を測(cè)定した。

2結(jié)果と議論

2.1ゲル率分析

直交結(jié)果の分析によると、各要素のゲル率に対する影響は順次、反応溫度＞乳化剤の使用量＞有機(jī)シリコンの使用量となり、具體的な影響は図1を參照してください。

図1から分かるように、ゲル率は有機(jī)シリコンの使用量の増加に伴って増加し、荊の使用量の増加に伴って増加し、乳化剤の使用量の減少に伴って増加し、適切な重合反応溫度は78℃である。

図1反応條件のゲル率への影響

2.1.1有機(jī)シリコンの使用量がゲル率に及ぼす影響

有機(jī)シロキサンは乳液重合條件下の水相で容易に水解する。

シロキサンの含有量が増加すると加水分解速度が速くなり、シロキサンが活性シリコーンアルコールに変化し、その後凝縮、架橋が発生し、大量の凝縮物が形成され、ゲル率が増加する。

2.1.2誘発剤の使用量がジェル率に及ぼす影響

誘発剤の使用量が増加するにつれて，ラジカル生成速度は増加し，鎖成長(zhǎng)速度も増大し，従って重合反応速度は増加し，単量體の転化率は増加した。

ラテックス粒から生成したオリゴマー理論によれば，生成したラジカルと水相中の単量體が出會(huì)ったときに重合を引き起こすことができる。

水相における?yún)g量體の濃度が極めて低く、比較的分子品質(zhì)の増大とともに高分子の溶解度が急激に低下するため、ラジカルチェーンは大きな相対分子質(zhì)量に成長(zhǎng)するまではまだ間に合いませんでした。沈殿したオリゴマーは周囲から乳化剤の成分を吸収して、安定的に水相に浮遊させます。また、水相から単量體分子とラジカルを吸収し、重合を誘発します。

新しいラテックス粒子を生成したが、重合反応速度が大きすぎると、上記の析出したオリゴマーは乳化剤分子を吸収するのに間に合わないかもしれない。その分子鎖は水相中で引き続き成長(zhǎng)し、最終的にゲルで體系中に現(xiàn)れる。

そのため、誘発剤の使用が大きすぎて、ジェル率が増加しやすいです。

しかし、低すぎる誘発剤の使用量は反応速度を低下させ、単量體の転化率を低すぎる。

2.1.3乳化剤の使用量が乳液の重合安定性に及ぼす影響

乳化剤の組成及び使用量は乳液の重合反応の安定性に大きな影響を及ぼす。

テストは陰イオン乳化剤と非イオン乳化剤からなる複合乳化剤を選択します。

乳化剤の使用量が少なすぎて、ゴム束が全部の単量體を包容するのに足りません。大量の単量體は液滴の形で體系に分散しています。重合中にオリゴマー同士がくっついて、ゲルが多すぎたり、反応器の壁掛けゴムができて、ゲル率が上昇します。乳化剤の使用量を高めて、乳液の重合の安定性を高めることができます。

2.1.4反応溫度がゲル率に及ぼす影響

乳液重合理論によると，反応溫度が高いほど，荊分解速度定數(shù)が大きくなると，ラジカル生成速度が増大し，鎖成長(zhǎng)速度も増大し，従って重合反応速度が高くなる。

直交実験により，過剰溫度で反応器中に滴下する混合モノマーは重合に適時(shí)に參與できず，存在することが分かった。