基本信息
- 项目名称：
- 一种新型涂料添加剂——聚合物空心微球的制备与应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 采用悬浮聚合法，制备了聚合物空心微球，并以此微球为涂料添加剂制备了隔热保温涂料，结果表明：交联剂含量和成孔剂的组成是制备空心微球的最重要因素，成孔剂与聚合单体的比例决定了中空微球的壁厚和强度。一次投料即可制得所需的产品，无需后处理，制造成本低，非常适合大规模工业生产。中空聚合物微球可以作为一种新型的涂料添加剂添加于涂料中，改善涂料的悬浮稳定性和遮盖力，增加涂膜的附着力，提高涂层的隔热保温性能。
- 详细介绍：
- 用于涂料的聚合物空心微球是一种内部为空气、壳层为高强度交联高分子聚合物的球形材料。由于外部壳层聚合物与空腔内的空气对光的折射系数不同，所以入射光能被有效散射，具有良好的遮盖性并显示出特殊的光学效果，且质量轻、易分散、不产生沉淀结块、与成膜物有良好的亲和性，可制得高性能、高附加值的特种涂料。同时，空心微球导热系数低、内部空腔体绝热，对热量传递起到阻隔作用，将其填充到涂料中，可起到良好的隔热、保温功效。在含钛白粉的涂料体系中，加入聚合物空心微球粒子，可以抑制钛白粉之间的浑浊效应，提高钛白粉的遮盖力和分散性，减少颜料的用量，改善涂料的耐沾污性和耐擦洗性、提高涂料的户外保色性，更有利于实现涂料的轻质化。悬浮聚合法工艺简单、成本低、便于工业化生产且可以制备较大粒径的空心微球，最有实用价值。因此，我们采用悬浮聚合方法，用最简便和实用的工艺，制备出了一种以MMA为主要成分的交联聚合物空心微球，微球的大小、中空程度、壁厚等可以依据设计要求而定，空心微球的硬度、韧性、抗冲击强度等力学性能也能够调节。制备工艺简单，一次投料即可制得所需的产品，无需后处理，制造成本低，非常适合大规模工业生产。使用这种空心微球作为功能性涂料添加剂配制隔热保温涂料，不仅解决了空心微球与成膜物之间附着的问题，还体现了良好的隔热保温性能，涂料分散稳定、涂膜附着坚固、抗冲击、耐划伤，具有优良的力学性能。同时，对涂料的遮盖性能也有提高。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 聚合物空心微球是一种内部为空气、壳层为高强度交联高分子聚合物的球形材料。由于外部壳层聚合物与空腔内的空气对光的折射系数不同，所以入射光能被有效散射，具有良好的遮盖性并显示出特殊的光学效果，且质量轻、易分散、不产生沉淀结块、与成膜物有良好的亲和性，可制得高性能、高附加值的特种涂料。
科学性、先进性及独特之处
- 国内最早的报道是直接利用空心玻璃微球作为填料改善涂料的隔热保温性能，但玻璃属于难粘材料，与成膜物的粘合不牢固，且空心的玻璃微球韧性差、易碎，造成涂层的附着力和耐划伤等物理机械性能不能满足使用要求。但本实验采用悬浮聚合法，工艺简单、成本低、便于工业化生产。同时，微球的大小、中空程度、壁厚等可以依据设计要求而定，空心微球的硬度、韧性、抗冲击强度等力学性能也能够调节。
应用价值和现实意义
- 聚合物中空微球可以作为一种新型的涂料添加剂添加于涂料中，不仅解决了空心微球与成膜物之间附着的问题，还体现了良好的隔热保温性能，涂料分散稳定、涂膜附着坚固、抗冲击、耐划伤，具有优良的力学性能。同时，对涂料的遮盖性能也有提高。
学术论文摘要
- 本文以MMA为单体、EGDMA为交联剂,甲苯和HP的混合溶剂为成孔剂，采用悬浮聚合法，制备了聚合物空心微球，并以此微球为涂料添加剂制备了隔热保温涂料，结果表明：交联剂含量和成孔剂的组成是制备空心微球的最重要因素，成孔剂与聚合单体的比例决定了中空微球的壁厚和强度。当EGDMA含量为单体总量的50%，而成孔剂组成分别为甲苯：WHP= 6:1时，制成了表面光滑、中空结构良好的空心聚合物粒子；单体与成孔剂的比例为1:1.2时，空心聚合物粒子的强度可满足实用要求；涂料中添加一定比例的空心聚合物粒子后，涂料具有了良好的隔热保温性能，并提高了涂层的附着力和耐擦洗性。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 李文丹，陈建华，冯春霞. 二氧化钛包覆空心玻璃微珠隔热涂料[J].涂料工业.2008，38（3）：33-36 [2] 曾文，徐宏，古宏晨. 氧化硅空心微球的制备及表面形貌的调控[J].功能材料.2008,39（6）: 975-978
同类课题研究水平概述
- 国内在涂料用空心微球方面的研究报道还比较少，最早的报道是直接利用空心玻璃微球作为填料改善涂料的隔热保温性能，但玻璃属于难粘材料，与成膜物的粘合不牢固，且空心的玻璃微球韧性差、易碎，造成涂层的附着力和耐划伤等物理机械性能不能满足使用要求；李文丹等以Ti(SO4)2溶液为前躯体，氨水为沉淀剂，采用非均相沉淀法在空心玻璃微球表面包覆了一层二氧化钛，大大提高了其与成膜物树脂间的附着能力，用其作为功能性添加剂，制成了一种性能良好的隔热涂料，涂膜附着牢固，但由于玻璃微球自身的强度不足，膜的柔韧性和抗冲击能力仍不理想；曾文等[3]以聚苯乙烯实心微球为模板，正硅酸四乙酯为氧化硅的前躯体，采用溶胶凝胶法制备了氧化硅空心微球，在提高空心微球的力学性能、改善与成膜物的附着能力方面收到了更好的效果，但制备方法复杂、成本高、难于工业化生产和推广使用。 本实验中采用悬浮聚合法，工艺简单、成本低、便于工业化生产且可以制备较大粒径的空心微球，最有实用价值。因此，我们采用悬浮聚合方法，用最简便和实用的工艺，制备出了一种以MMA为主要成分的交联聚合物空心微球，微球的大小、中空程度、壁厚等可 以依据设计要求而定，空心微球的硬度、韧性、抗冲击强度等力学性能也能够调节。制备工艺简单，一次投料即可制得所需的产品，无需后处理，制造成本低，非常适合大规模工业生产。使用这种空心微球作为功能性涂料添加剂配制隔热保温涂料，不仅解决了空心微球与成膜物之间附着的问题，还体现了良好的隔热保温性能，涂料分散稳定、涂膜附着坚固、抗冲击、耐划伤，具有优良的力学性能。同时，对涂料的遮盖性能也有提高。制得空心微球质量轻、易分散、不产生沉淀结块、与成膜物有良好的亲和性，可制得高性能、高附加值的特种涂料。在含钛白粉的涂料体系中，加入聚合物空心微球粒子，可以抑制钛白粉之间的浑浊效应，提高钛白粉的遮盖力和分散性，减少颜料的用量，改善涂料的耐沾污性和耐擦洗性、提高涂料的户外保色性，更有利于实现涂料的轻质化。
