一种纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料,制备原料包括：微晶纤维素粉末状；正硅酸乙酯；水性PAA涂料，白色乳液状，主要成分为丙烯酸树脂，固含量41.9%；浓硫酸(质量分数95%‑98%)；氨水(质量分数25%‑28%)；乙醇质量分数>99.7%。本发明专利技术以CNC为模板，TEOS作为硅源，通过溶胶凝胶法在CNC表面原位聚合形成纳米Si02颗粒，制备得到CNC/Si02复合胶体，并将复合胶体应用于水性PAA涂料的改性，通过ESEM,AFM和FT‑IR等探讨了复合胶体对PAA涂料界面性能和物理力学性能的影响，得到以下结论:借助CNC的模板效应，当CNC/Si02复合胶体加入水性PAA涂料后，CNC模板促进了Si02在水性PAA涂料中的均匀分散，改善了Si02与PAA涂料的界面相容性，CNC/Si02/PAA改性涂料中CNC和PAA之间形成了分子间氢键和微量的酯基。
【技术实现步骤摘要】
一种纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料所属
本专利技术涉及一种涂料，尤其涉及一种纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料。
技术介绍
丙烯酸酯涂料是20世纪70年代以来发展迅速的涂料品种，主要由(甲基)丙烯酸酯单体通过加聚反应得到。丙烯酸树脂本身具有色浅、透明度高、保光、光亮丰满、在红外区吸收小等特点，且具有优异的耐候性、耐腐蚀性、附着力强、柔韧以及单体众多、合成容易、价格便宜等优点而得到广泛应用。但是，由于丙烯酸酯聚合物的耐温性、耐水性、防油性、透气性差，限制了它的进一步应用。丙烯酸酯涂料可用其它树脂进行改性，发展高性能丙烯酸酯涂料也成为一种发展趋势，即大大拓宽了丙烯酸酯涂料的应用领域。有机硅单体及其聚合物具有优异的耐水性、耐高低温性、保光性、透气性等特点。纤维素纳米晶体(cellulosenanocrystal,CNC)具备价格低廉、可再生、可降解，生物相容性高、结晶度高、杨氏模量高、强度高、比表面积高等优良特性，同时，CNC分子表面含有多个可反应的轻基，因此，常被用作模板合成CNC基纳米复合结构材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善水性涂料的分散稳定性，设计了一种采用纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料的制备原料包括：微晶纤维素粉末状；正硅酸乙酯；水性PAA涂料，白色乳液状，主要成分为丙烯酸树脂，固含量41.9%；浓硫酸(质量分数95%-98%)；氨水(质量分数25%-28%)；乙醇质量分数>99.7%。纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料的制备步骤为：称取5gMCC置于150mL锥形瓶中，按mCMCC):V(硫酸溶液)=1g:9.8mL的比例在锥形瓶中加入质量分数为64%的硫酸溶液49mL，搅拌至均匀分散，待温度升至45℃后保持2h；将酸解后的产物取出，在沉淀物中加入10倍去离子水后放入低速离心机中进行离心，离心机转速为4000r/min，离心时间为5min，反复离心到上层清液变浑浊;将沉淀物放入透析袋中透析至体系pH=7；最后将透析后的产物移入高压均质机中进行高压均质处理，均质压力为80MPa，循环次数为5次，得到质量分数为0.8%的CNC胶体。将96g质量分数为0.8%的CNC,43.8μm无水乙醇、46.2μmTEOS依次加入250mL三口烧瓶中，搅拌至均匀分散；待温度升至65℃后继续搅拌2h。然后加入催化剂(氨水)调节至体系的pH=9后，将温度升至80℃；继续搅拌直至形成凝胶，即得CNC/Si02复合胶体。采取相同方法，不添加CNC在100mL三口烧瓶中依次加入23.1mLTEOS,21.9mL无水乙醇和3.8mL去离子水制备单一的Si02胶体。称取16g水性PAA涂料置于100mL烧杯中，称取30g制得的CNC/Si02复合胶体，在超声仪中进行超声分散，超声功率600W，时间15min。超声结束后，将CNC/Si02复合胶体加入装有PAA涂料的烧杯中，置于25℃的水浴锅中搅拌1h，得到CNC/Si0:复合胶体改性后的PAA涂料。采取相同方法以单一CNC和Si02分别改性PAA涂料作为对照。PAA涂料中，CNC/Si02固含量为PAA树脂固体质量的1%-7%。CNC和Si02为PAA树脂固体质量的5%。将改性后的涂料涂布于玻璃表面自然干燥成膜，膜厚175-190μm，含水率2.5%。纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料的检测步骤为：环境扫描电子显微镜(ESEM)分析。将改性前后的PAA漆膜采用液氮冷冻后脆断，断面经真空镀金后用扫描电镜观察漆膜的断面和表面形貌，加速电压为20kV。原子力显微镜(AFM)分析。将改性前后的PAA漆膜制成约5mmX5mm的样本，置于原子力显微镜的载物台上，在室温条件下对其进行扫描观测。采用傅里叶红外光谱仪全反射法测定改性前后的PAA漆膜红外光谱。每个样品在室温下扫描16次。涂料黏度测试。参照GB/T9751.1-2008《色漆和清漆用旋转黏度计测定黏度第1部分:以高剪切速率操作的锥板黏度计》测定黏度。首先将改性前后的PAA涂料进行超声处理，再用玻璃棒搅拌均匀后，采用数字式黏度计进行测试；选择合适的转子并安装到黏度计上；将涂料倒入试管至试管高度的2/3处，调节转子高度至完全浸入涂料中，再调节转子转速测定黏度。涂料干燥时间测定。参照GB/T1728-1979《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》测定涂料干燥时间。采用指触法测量表面干燥时间，用手指轻触漆膜表面，若略感发黏且无涂料黏于手指，则认为表面已经干燥，记录时间。本专利技术的有益效果是：以CNC为模板，TEOS作为硅源，通过溶胶凝胶法在CNC表面原位聚合形成纳米Si02颗粒，制备得到CNC/Si02复合胶体，并将复合胶体应用于水性PAA涂料的改性，通过ESEM,AFM和FT-IR等探讨了复合胶体对PAA涂料界面性能和物理力学性能的影响，得到以下结论:借助CNC的模板效应，当CNC/Si02复合胶体加入水性PAA涂料后，CNC模板促进了Si02在水性PAA涂料中的均匀分散，改善了Si02与PAA涂料的界面相容性，CNC/Si02/PAA改性涂料中CNC和PAA之间形成了分子间氢键和微量的酯基。相比CNC和Si02CNC/Si02复合胶体可以改善水性PAA涂料的黏度和表干时间，有效提高水性PAA涂料的硬度和附着力。当复合胶体添加量为5%时，CNC/Si02/PAA改性涂料的黏度为480.8mPa，s，表干时间为130min，有利于水性PAA涂料的施工。CNC/Si02/PAA漆膜的硬度和附着力分别达到6H和一级，提高了水性PAA涂料的耐磨性。具体实施方式实施案例1：改性前后水性PAA漆膜的ESEM形貌可以看出，纯PAA漆膜表面分散有许多小颗粒，这是PAA涂料中的颜料粒子和其他助剂；从纯PAA漆膜断面可以看到不规则片层结构，片层间附有许多孔洞，这是由于涂料中粒子的无序排列以及涂布时产生的气泡引起的。这些孔洞的存在使得片层疏松，在宏观上表现为漆膜硬度低、耐磨性差。在水性PAA涂料中加入CNC后，CNC/PAA漆膜表面出现定向的鳞状纹络，而从CNC/PAA漆膜断面可以看出，CNC/PAA漆膜界面是由紧密排列的片层组成的，这些片层的定向排列使漆膜表面形成鳞状纹络。这是因为CNC分子中存在轻基和磺酸基，易产生蒸发诱导定向自组装效应。在CNC中加入PAA涂料后，这种效应得以保留，使CNC在水性PAA涂料中定向排列，从而与PAA涂料相结合，这种定向排列对漆膜物理力学性能的影响较大。在PAA中加入Si0:后，Si02/PAA漆膜与纯PAA漆膜表面相似，分散有小颗粒，但Si02/PAA漆膜表面还不均匀地分散着一些大颗粒。这是因为纳米Si02极易团聚，将其加入PAA涂料时，团聚形成的大颗粒分散在涂料中。由Si02/PAA漆膜断可知，在Si02/PAA漆膜界面处分布着一些大孔洞和凸起大颗粒，这是由于漆膜受到剪切时，纳米Si02的团聚大颗粒被拔出而造成的。这说明Si02可嵌入PAA涂料并与之相结合，纳米Si02的团聚，使其在PAA涂料中的分散性变差，直接影响了Si02/PAA改性涂料的外观和性能。在水性PAA涂料中加入5%的CNC/Si02复合胶体后，CNC/Si02/PAA漆膜表面可见均匀本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料，制备原料包括：微晶纤维素粉末状；正硅酸乙酯； 水性PAA涂料，白色乳液状，主要成分为丙烯酸树脂，固含量41.9%；浓硫酸(质量分数95 %‑98% )；氨水(质量分数25%‑28% )；乙醇质量分数>99.7%。
【技术特征摘要】
1.一种纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料，制备原料包括：微晶纤维素粉末状；正硅酸乙酯；水性PAA涂料，白色乳液状，主要成分为丙烯酸树脂，固含量41.9%；浓硫酸(质量分数95%-98%)；氨水(质量分数25%-28%)；乙醇质量分数>99.7%。2.根据权利要求1所述的纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料，其特征是纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料的制备步骤为：称取5gMCC置于150mL锥形瓶中，按mCMCC):V(硫酸溶液)=1g:9.8mL的比例在锥形瓶中加入质量分数为64%的硫酸溶液49mL，搅拌至均匀分散，待温度升至45℃后保持2h；将酸解后的产物取出，在沉淀物中加入10倍去离子水后放入低速离心机中进行离心，离心机转速为4000r/min，离心时间为5min，反复离心到上层清液变浑浊;将沉淀物放入透析袋中透析至体系pH=7；最后将透析后的产物移入高压均质机中进行高压均质处理，均质压力为80MPa，循环次数为5次，得到质量分数为0.8%的CNC胶体，将96g质量分数为0.8%的CNC,43.8μm无水乙醇、46.2μmTEOS依次加入250mL三口烧瓶中，搅拌至均匀分散；待温度升至65℃后继续搅拌2h，然后加入催化剂(氨水)调节至体系的pH=9后，将温度升至80℃；继续搅拌直至形成凝胶，即得CNC/Si02复合胶体，采取相同方法，不添加CNC在100mL三口烧瓶中依次加入23.1mLTEOS,21.9mL无水乙醇和3.8mL去离子水制备单一的Si02胶体，称取16g水性PAA涂料置于100mL烧杯中，称取30g制得的CNC/Si02复合胶体，在超声仪中进行超声分散，超声功率600W，时间15min，超声结束后，将CNC/Si02复合胶体加入装有PAA涂料的烧杯中，置于25℃的水浴锅中搅拌1h，得到CNC/Si0:复合胶体改性后的PAA涂料，采取相同方法以单一CNC和Si02分别改性PAA涂料作为对照，PAA涂料中，CNC/Si02固含量为PAA树脂固体质量的1%-7%，CNC和Si02为PAA树脂固体质量的5%，将改性后的涂料涂布于玻璃表面自然干燥成膜，膜厚175-190μm，含水率2.5%。3.根据权利要求1所述的纤维素纳米晶体基水性丙烯酸涂料，其特征是纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：周晓萍，
申请(专利权)人：周晓萍，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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