含巯基有机硅改性水性苯丙乳液的制备及性能

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.001

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (1): 1-8.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.01.001

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含巯基有机硅改性水性苯丙乳液的制备及性能

谭立钦¹^,²^,³^,⁴^,⁵, 刘伟区¹^,⁵(), 梁利岩¹^,⁵(), 林家明¹^,²^,³^,⁴^,⁵

^1.中国科学院广州化学研究所，广州 510650
^2.广东省电子有机聚合物材料重点实验室，广州 510650
^3.中国科学院新型特种精细化学品工程实验室，广州 510650
^4.国科广化韶关新材料研究院，广东韶关 512400
^5.中国科学院大学，北京 101408

收稿日期:2021-07-12 出版日期:2022-01-26 发布日期:2022-01-21

Preparation and performance of waterborne styrene⁃acrylic emulsion modified with mercaptan silicone

TAN Liqin¹^,²^,³^,⁴^,⁵, LIU Weiqu¹^,⁵(), LIANG Liyan¹^,⁵(), LIN Jiaming¹^,²^,³^,⁴^,⁵

^1.Guangzhou Institute of Chemistry，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510650，China
^2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Organic Polymer Materials for Electronics，Guangzhou 510650，China
^3.Engineering Laboratory for Special Fine Chemicals，CAS，Guangzhou 510650，China
^4.Shaoguan Research Institute of Advanced Materials，CASH GCC，Shaoguan 512400，China
^5.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 101408，China

Received:2021-07-12 Online:2022-01-26 Published:2022-01-21
Contact: LIU Weiqu,LIANG Liyan E-mail:liuwq@gic.ac.cn;lyliang@gic.ac.cn;liuwq@gic.ac.cn

摘要/Abstract

摘要：

以丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（St）和丙烯酸（AA）为反应单体，利用羟基硅油（SO）与3?巯丙基甲基二甲氧基硅烷（MPDMS）制备的含巯基有机硅（PMMS）为改性剂，通过种子乳液聚合的方法，制备了一系列有机硅改性水性苯丙复合乳液。通过红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）和凝胶渗透色谱（GPC）表征PMMS的合成；通过动态光散射（DLS）、热失重分析（TG）和扫描电子显微镜（SEM）等探究了PMMS含量对水性复合乳液的稳定性、乳胶膜的耐水性、热稳定性以及力学性能的影响。结果表明，当PMMS的含量为6 %（质量分数，下同）时，改性乳液分散均匀，稳定性较好；其改性乳胶膜的水接触角从改性前的31.1 °增至97.8 °；吸水率从改性前的6.53 %降至2.96 %；其拉伸强度为2.69 MPa，较改性前提高了62.9 %；失重5 %时的分解温度为307.26 ℃，较未改性前提高了75.79 ℃。

关键词: 巯基, 有机硅, 水性苯丙乳液, 乳液聚合

Abstract:

In this article， mercaptan silicone （PMMS） was firstly synthesized with hydroxyl?group?containing silicone oil and 3?mercaptopropylmethyldimethoxysilane as monomers. Then， a series of mercaptan?silicone?modified styrene?acrylic waterborne composite emulsions were prepared via seed emulsion polymerization with PMMS as a modifier and butyl acrylate， methyl methacrylate， styrene， and acrylic acid as monomers. Infrared spectroscopy， nuclear magnetic， and gel permeation chromatography were performed to characterize the structure and molecular weight of PMMS. The waterborne emulsion stability， water resistance， thermal stability， and mechanical properties of the samples loaded with various amounts of PMMS were further investigated using dynamic light scattering， thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy， etc. These results demonstrated that the modified emulsion had good dispersion and excellent stability with the addition of 6 % PMMS （quality score）. Compared to pure latex film， the contact angle of the modified latex film increased from 31.1 ° to 97.8 °， and the water absorption rate decreased from 6.53 % to 2.96 %. In addition， the mechanical strength and decomposition temperature at 5 % weight loss of the modified latex film increased by 62.9 % and 75.79 °C than pure latex film， respectively.

Key words: mercapto, silicone, waterborne styrene?acrylic emulsion, emulsion polymerization

中图分类号:

TQ316.6⁺3

谭立钦, 刘伟区, 梁利岩, 林家明. 含巯基有机硅改性水性苯丙乳液的制备及性能[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 1-8.

TAN Liqin, LIU Weiqu, LIANG Liyan, LIN Jiaming. Preparation and performance of waterborne styrene⁃acrylic emulsion modified with mercaptan silicone[J]. China Plastics, 2022, 36(1): 1-8.

图/表 13

图1 PMMS的制备

Fig.1 Preparation of PMMS

图2 含巯基有机硅改性水性苯丙复合乳液的制备

Fig.2 Preparation of mercaptan?silicone?modified styrene?acrylic waterborne composite emulsion

图3 SO和PMMS的FTIR谱图

Fig.3 FTIR spectra of SO and PMMS

图4 SO和PMMS的1H?NMR谱图

Fig.4 1H?NMR spectra of SO and PMMS

图5 PMMS的GPC谱图

Fig.5 GPC spectra of PMMS

PMMS 含量/%	固含量/%	单体转化率/%	凝胶率/%	静置稳定性	钙离子稳定性	离心稳定性
0	35.5	85.66	1.09	未沉淀	少许沉淀	未分层
1	40.0	96.55	1.05	未沉淀	未沉淀	未分层
3	39.0	92.96	1.01	未沉淀	未沉淀	未分层
6	40.0	93.89	0.89	未沉淀	未沉淀	未分层
10	42.0	96.75	1.01	未沉淀	未沉淀	未分层

表1 PMMS含量对乳液稳定性的影响

Tab.1 Effect of PMMS addition amount on emulsion stability

图6 不同PMMS含量时的水性复合乳液静置图

Fig.6 Static diagram of waterborne emulsions with different addition amounts of PMMS

图7 PMMS含量对乳胶膜水接触角的影响

Fig.7 Effect of addition amounts of PMMS on the contact angle of latex film

图8 PMMS含量对乳胶膜吸水率的影响

Fig.8 Effect of addition amounts of PMMS on the water absorption of latex film

图9 PMMS含量对乳胶膜力学性能的影响

Fig.9 Effect of addition amounts of PMMS on mechanical properties of latex film

图10 不同PMMS含量时复合乳胶膜断裂面的SEM照片

Fig.10 SEM of the fracture surface of the composite latex film with different PMMS additions

图11 不同PMMS含量时复合乳胶膜的TG和DTG曲线

Fig.11 TG and DTG curves of composite latex films with different PMMS additions

PMMS含量/%	T_d/ °C	T_d5%/ °C	T_d50%/ °C	T_max/ °C
0	360.02	231.47	392.90	386.45
1	362.83	323.68	391.17	383.72
3	366.52	301.17	392.03	385.77
6	369.33	307.26	393.21	387.55
10	372.36	307.10	397.15	390.42

表2 不同PMMS含量时复合乳胶膜的分解温度

Tab. 2 Decomposition temperature of composite latex films with different PMMS additions

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Preparation and performance of waterborne styrene⁃acrylic emulsion modified with mercaptan silicone

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