石刻保护有机硅-丙烯酸酯乳液涂料的研究(二)_美都系列绿色建材-绿色 ...

表 2  试验因素及水平

  由表 3 和图 1 可知 , 影响反应转化率的因素是 C >A >B>D, 优化反应条件为 A 2 B 3 C 3 D 2 ; 由表 3 和图 2 可知 , 影响涂膜吸水率的因素是 D >C >A >B, 优化反应条件为 A 3 B 3 C 2 D 2 。综合考虑较佳的工艺条件是 A 2 B 3 C 2 D 2 , 即 MMA 为 15 g 、 BA 为 15 g 、 HEA 为 1 . 5 g 、引发剂为单体总量的 0 1 3% 、复合乳化剂为单体总量的 6% 。

  2. 3  有机硅用量对涂膜性能的影响

  有机硅用量对涂膜性能的影响如表 4 。

  从表 4 可以看出 , 随着有机硅用量的增加 , 涂膜的吸水率降低 , 即耐水性提高 , 这是由于聚硅氧烷具有优良的憎水性所致。涂膜的拉伸强度增大 , 硬度提高 , 断裂伸长率、附着力下降 , 这是由于提高了共聚物的交联度所致。同时随着有机硅用量的增加 , 乳液中凝胶增多 , 因此有机硅用量以 5 g 为宜。

  2. 4  共聚物结构表征

  2. 4. 1 红外光谱分析

  有机硅 - 丙烯酸酯共聚物红外光谱图如图 3 。

  表 3  正交试验结果

表 3   正交试验结果

图 1 4 个因素与单体转化率的关系

图 1 4 个因素与单体转化率的关系

  从图 3 可知 : 3 352 cm - 1 为— OH 的特征峰 ; 波数 2 958 cm - 1 为甲基 C - H 伸缩振动 ; 波数 2 874 cm - 1 为亚甲基 C - H 伸缩振动 ; 波数 1 735 cm - 1 为 C O 伸缩振动 ; 波数 1 453 cm - 1 为— CH 3 变形振动 ; 波数 1 239 cm - 1 为亚甲基 C - H 变形振动 ; 波数 1 167 cm - 1 为酯 C - O 伸缩振动 ; 波数 1 066 cm - 1 为 Si - O - Si 伸缩振动 ; 波数 945 cm - 1 为 Si - O - CH 2 CH 3 伸缩振动 ; 波数 842 cm - 1 为 Si - CH 3 伸缩振动 ; 波数 1 640 cm - 1 处— C = C - 伸缩振动消失 , 证明聚合较xx , 有机硅已经接枝到丙烯酸酯上。

图 2 4 个因素与涂膜吸水率的关系

图 2 4 个因素与涂膜吸水率的关系

  表 4  有机硅用量对涂膜性能的影响

表 4   有机硅用量对涂膜性能的影响

图 3   有机硅 - 丙烯酸酯共聚物红外光谱

2.4.2 DSC

图 4   有机硅 - 丙烯酸酯共聚物 DSC 谱

图 4    有机硅 - 丙烯酸酯共聚物 DSC 谱

  为了考察有机硅与丙烯酸酯类单体是共聚还是自聚 , 采用 DSC 分析。有机硅 - 丙烯酸酯聚合物的 DSC 谱图如图 4 。从图 4 可看出 , 只出现 1 个玻璃化转变温度 ( Tg = 8.379 ℃ ) , 说明聚合物中只存在 1 种共聚物 , 有机硅与丙烯酸 酯单体发生了缩聚反应。

  2 . 4 . 3 透射电镜分析

  纯丙烯酸酯乳液及有机硅 - 丙烯酸酯共聚乳液的透射电镜照片如图 5 、图 6 。

图 5   纯丙乳液 TEM 照片

图 5 TEM 照片

图 6   硅丙乳液 TEM 照片

图 6    TEM 照片

  由电镜照片可知 , 纯丙乳液呈圆球状 , 平均粒径为 75 nm; 而有机硅 - 丙烯酸酯乳液呈椭圆形 , 平均粒径为 85 nm 。说明有机硅硅羟基与丙烯酸酯功能性单体中羟基发生了缩聚反应形成均相结构 , 没有发生相分离 , 与 DSC 谱图中只出现一个玻璃化转变温度一致。

  2. 5  涂料的性能指标

  有机硅 - 丙烯酸酯乳液涂料性能见表 5 。

  表 5  有机硅 - 丙烯酸酯乳液涂料性能

表 5   有机硅 - 丙烯酸酯乳液涂料性能

  3  结 语

  以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯为主要原料 , 通过种子乳液聚合制备出有机硅 - 丙烯酸酯乳液涂料。优化工艺条件为 :MMA 为 15 g ,BA 为 15 g , HEA 1 . 5 g ,AA 为 1 . 0 g , 有机硅为 5 g , 复合乳化剂为单体总量的 6% , 引发剂为单体总量的 0 .3% 。制得的乳液黏度小、成膜性好且强度高 , 可作为石刻文物的保护材料。

  图 3  有机硅 - 丙烯酸酯共聚物红外光谱 分析

表 2   试验因素及水平



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