无甲醛水性内墙涂料的研制

聚丙烯酰胺(PAM )及其衍生物是一类新型的功能高分子化合物,是重要的水溶性高分子材料.因其具有絮凝、增稠和某些生物功能,可作为絮凝剂、增稠剂、粘合剂、涂料、表面活性剂和阻垢剂等而广泛应用于化学、生物、机械、医学、造纸及石油等许多工业部门[1q]. 以丙烯酰胺为单体,在无引发剂的条件下进行水溶液聚合,合成聚丙烯酰胺(PAM).以PAM 为胶粘剂,以淀粉胶和羧甲基纤维素为增稠剂,Na2SiO3。为防火剂,添加超细轻质碳酸钙和滑石粉等填料制备成无甲醛水性内墙涂料.通过性能测试,证明其完全能代替现行的以聚乙烯醇缩甲醛(PVF)为胶粘剂的水性内墙涂料.

I 实验部分
1.1 聚丙烯酰胺的合成
1.1.1 实验原理
丙烯酰胺水溶液用阳离子交换树脂交换柱处理,以除去其中的阻聚剂Cu抖.不添加任何引发剂,进行水溶液聚合,合成聚丙烯酰胺.丙烯酰胺分子中含有羰基(201107111118060105.jpg  ),为极性双键.极性双键呈加成活性,且影响到极性双键附近的a—C-H 键,使a—C上的H 活化,易发生转移反应,形成单体自由基和氢原子自由基[引.由此推断可能的反应机理如下:链引发
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链增长
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歧化终止
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向单体转移终止
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按照上述机理,本实验在无引发剂的情况下,采用水溶液聚合方法合成聚丙烯酰胺.

1.1.2 聚丙烯酰胺的合成
1)丙烯酰胺用去离子水配成5O% 的水溶液,并经阳离子树脂交换柱处理去除Cu2+
2)将经阳离子树脂交换柱处理后的丙烯酰胺水溶液倒入反应瓶中,并将反应瓶置于水浴中.将水浴加热至9O℃ ,控制反应温度(9O~95)℃ ,反应1.5 h结束反应.

1.2 性能测试
1.2.1 残留丙烯酰胺含量的测定[5
丙烯酰胺( CH。—CHC0NH。)无色透明,片状晶体,无臭有毒.因此,必须控制PAM 中残留丙烯酰胺的含量.按GB12005.3-89规定,PAM 中残留丙烯酰胺的含量应≤O.5% .参照GB12005.3-89(溴化法)测定残留丙烯酰胺含量.
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式中aAM为丙烯酰胺含量,% ;V 为空白实验所消耗的硫代硫酸钠标准溶液的体积,mL;V。为试样所消耗的硫代硫酸钠标准溶液的体积,mL;C 为硫代硫酸钠标准溶液的浓度,mol/L;0.035 54为与1.00 mL硫代硫酸钠标准溶液([-Na2S2O3]一1.00 mol/L)相当的丙烯酰胺的质量,g; 为试样质量,g;S为试样固含量,% .

1.2.2 聚丙烯酰胺的相对分子质量的测定
聚丙烯酰胺的性能与其相对分子质量有关,作为胶粘剂聚丙烯酰胺的相对分子质量不能太高,应控制在500×104 左右.用直径为(O.7~O.8)mm 的乌式粘度计按一点法测定其相对分子质量.
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1.3 涂料制备
1)涂料配方.涂料配方如表1所示.
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2)PAM 水溶液的制备.取10 g聚丙烯酰胺水凝胶(固含量为5O )加190 mL水,配成2.5 的聚丙烯酰胺水溶液,加热至9O℃ 使之充分溶解,备用.

3)淀粉胶的制备.① 在1 000 mL三口瓶中加水480 mL.② 加入淀粉糊.150 g淀粉用108 mL水混合搅拌均匀,此时不超过4O℃ ,同时开始搅拌.⑧ 搅拌15 rain后,加入FeSO 水溶液.FeSO 水溶液的配制:0.272 g FeSO 用2.6 mL水溶解.④ 加入NaOC1水溶液.2.8 mL NaOC1水溶液用20 mL水稀释.⑤ 在6O℃ 时加入NaOH 水溶液.3.68 g NaOH 用36 mL水溶解.⑥ 保温90 rain后加入硼砂水溶液.0.048 g硼砂用4 mL 水溶解,再反应1 h后出料.

4)涂料的制备.由于涂料的粘度直接影响涂料的施工性能(粘度太大,容易产生刷痕;粘度太小 容易产生流挂现象),所以涂料的粘度应为优先考虑的因素.其主要操作步骤如下:① 加入75 g制备好的淀粉胶与25 g聚丙烯酰胺水溶液于三口烧瓶中,开动搅拌.② 将0.5 g羧甲基纤维素,1 g聚乙烯醇,0.1 g六偏磷酸钠,分别用20 mL水加热溶解后加入三口烧瓶中.③ 1 g硅酸钠用20 mL水完全溶解后加入三口烧瓶中.④ 称取膨润土1.2 g,轻质碳酸钠22.5 g,滑石粉10.5 g并量取40 mL水加入三口烧瓶中继续搅拌.⑤ 物料加完后继续搅拌0.5 h;加消泡剂和染料浆,搅拌10 min后出料.

5) 涂料性能测试L7].① 固含量测试按GB1725—79(89)(涂料固体含量测定法)进行;② 附着力测定按GB1720—79(89)(涂膜附着力测定法)进行;③ 粘度测定按GB/T1723—93(涂料粘度测定法)进行.6)涂料性能测试结果.按照以上的测试标准,对制得的涂料进行性能测试,结果如表2所示.
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由以上的测试结果得知,所作的涂料性能较好,可满足内墙涂料的使用要求.

2 结果分析与讨论
2.1 聚丙烯酰胺对涂料性能的影响
所制备的无甲醛水性内墙涂料的基材是聚丙烯酰胺,它是一种性能良好的胶粘剂.基材的性质对形成涂膜的硬度、柔性、耐磨性、耐水性、耐冲击性及其它物理化学性能起决定性的作用.基材在配制成涂料的储存期间,应相当稳定,不发生明显的物理和化学变化.涂料的状态及涂膜固化方式也由基材决定.聚丙烯酰胺能够满足对涂料的基材的要求且无毒,用其代替内墙涂料中的聚乙烯醇缩甲醛(PVF),可消除由于PVF 中的游离甲醛所造成的对环境的污染.

2.2 淀粉胶和羧甲基纤维素对涂料性能的影响
在涂料的配制中,要考虑涂料的贮存稳定性,长期放置不能分层,否则影响涂料的使用.淀粉胶和羧甲基纤维素能使涂料增稠起悬浮作用,对涂料的贮存稳定性有很大的影响,对提高涂料的耐水性有一定的作用.因此,制备淀粉胶时要控制其粘度为(25~35)Pa·s.

2.3 填料对涂料性能的影响
涂料中加入填料可增进涂料的流动性,可使涂膜消光,提高涂膜的遮盖力,还可以降低涂料的成本,但填料的加入量要适当.加入量太多时由于填料与胶液的混溶性不太好,而导致涂料分层沉淀,且随着填料的体积浓度的增大,涂膜的耐老化性能也随之降低;加入量太少,会使涂料固含量太低,影响涂膜的遮盖力且涂料易流淌影响施工性能.本次实验用的填料为超细轻质碳酸钙和滑石粉,其用量为涂料总质量的20% .

2.4 流变助剂对涂料性能的影响
加入流变助剂可防止涂装时涂料的流挂,储存过程中颜填料沉降以及涂料向多孔底材渗透,并可改善涂料涂刷时的操作性能.本实验选用的流变助剂是聚乙烯醇,使用时应事先用(90–~95)℃ 的热水溶解之.

2.5 分散剂等对涂料性能的影响
为了使颜填料充分发挥其着色作用,需向涂料中加入分散剂.分散剂可把处于聚集状态的颜填料颗粒分散成单个粒子,并使其稳定地分散在涂料中,防止聚集.本实验选用的分散剂是六偏磷酸钠,使用时,应事先用水溶解之.加入少量Na2SiO3作为防火剂,提高涂料的安全性[8].

3 结论
本研究以丙烯酰胺为单体,不加任何引发剂,采用水溶液聚合方法合成聚丙烯酰胺.以聚丙烯酰胺为基材制备了符合内墙涂料技术指标的无甲醛水性内墙涂料.以PAM 代替水性内墙涂料中的PVF,可消除由于PVF中的游离甲醛所造成的对环境的污染,该涂料可称为绿色涂料.

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