無(wú)醛涂料的制備與研究畢業(yè)設(shè)計(jì)
無(wú)醛涂料的制備與研究畢業(yè)設(shè)計(jì),涂料,制備,研究,鉆研,畢業(yè)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目 107無(wú)醛涂料的制備與研究
專 業(yè) 名 稱 材料化學(xué)
班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 06023317
學(xué) 生 姓 名
指 導(dǎo) 教 師
填 表 日 期 2010 年 3 月 21 日
1、 選題的依據(jù)及意義
1、1選題依據(jù)
107涂料是上世紀(jì)80年代初期開發(fā)的,以聚乙烯醇縮甲醛為主要成膜物的涂料。仿瓷涂料、冷瓷涂料、803涂料等均為此種涂料的商名。盡管上世紀(jì)60年代我國(guó)就有了乳膠漆的生產(chǎn)技術(shù),但由于107涂料以價(jià)格低廉適應(yīng)了當(dāng)時(shí)的社會(huì)發(fā)展水平和人民生活的要求,所以曾風(fēng)靡一時(shí),占據(jù)了我國(guó)建筑涂料的大部分市場(chǎng)。
但是，在多年使用中,107涂料暴露出一些致命的缺陷。其中最大的危害當(dāng)屬107涂料中含有的有害物質(zhì)—甲醛。傳統(tǒng)107涂料的主要成膜物質(zhì)—107膠的生產(chǎn),是在聚乙烯醇中加入甲醛,進(jìn)行醇醛縮合反應(yīng)而生成的膠狀體混合物,由于聚乙烯醇是分子量很大的高分子化合物,與甲醛反應(yīng)時(shí)反應(yīng)阻力很大,通常條件下很難與甲醛反應(yīng)完全[1],這樣大量的致癌物質(zhì)甲醛就會(huì)殘留在107膠中,當(dāng)107膠用作107涂料的主要成膜物質(zhì)時(shí),107膠中的未反應(yīng)甲醛就全留在107涂料中，危害人們的健康。目前市場(chǎng)上的107涂料絕大部分都含有甲醛這一有毒、有害成分，因此，研制新型無(wú)毒害的107涂料已是107涂料市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
無(wú)醛107涂料即是在107膠的生產(chǎn)制備過程中選用某種交聯(lián)物質(zhì)來替代傳統(tǒng)的甲醛，使得107膠中完全不含有甲醛這一有毒物質(zhì)，在生產(chǎn)源頭將甲醛這一有毒物質(zhì)去除，從而保證了制備的新型107涂料完全適應(yīng)市場(chǎng)的需要，亦符合國(guó)家的環(huán)保要求。
1、2研究意義
傳統(tǒng)107涂料由于其原料易得、成本低，從20世紀(jì)80年代開始，在我國(guó)建筑工程上一直得到廣泛應(yīng)用。但由于涂料的耐寒性差、游離甲醛含量高，其應(yīng)用范圍受到很大限制[2]。聚乙烯醇（PVA）在酸性條件下與甲醛反應(yīng)生成的聚乙烯醇縮甲醛膠，因具有粘接力強(qiáng)、黏度大、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，也曾在建筑裝飾裝修中廣泛應(yīng)用。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)家對(duì)縮醛類膠水中游離甲醛揮發(fā)量的限制越來越嚴(yán)格。近年來人們?yōu)榻档涂s醛類膠水中游離甲醛揮發(fā)做了大量工作，并取得了一定進(jìn)展[3-7]，但這些改性方法只能降低膠粘劑中游離甲醛的含量，而不能完全消除。以聚乙烯醇作為主要成膜物制得的建筑涂料具有水溶性好，成膜性能優(yōu)良，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛使用[6]，但聚乙烯醇分子中含有大量的羥基，親水性大，單純以聚乙烯醇作為成膜物的建筑涂料，因耐水性差而受影響。如何提高聚乙烯醇類涂料的耐水性是建筑涂料行業(yè)迫切需要解決的問題。目前普遍采用化學(xué)改性的方法，使其耐水性得到改善，常用的有甲醛改性聚乙烯醇，但因游離甲醛的刺激氣味及毒性使其應(yīng)用范圍受到限制，用聚醋酸乙烯、丙烯酸乳液、硅溶膠等改性[8]，都存在一定問題，改性工藝復(fù)雜，可操作性差，引入原材料品種多，成本高。因此，需要尋找新的無(wú)醛方式來對(duì)107涂料進(jìn)行改性。
目前市場(chǎng)上的對(duì)107涂料的需求量還是非常之大的，但其甲醛含量已嚴(yán)重阻礙了它的發(fā)展，
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)內(nèi)這幾年涂料市場(chǎng)的發(fā)展非常迅猛，但國(guó)家對(duì)其環(huán)保要求也是越來越高。據(jù)筆者了解，水性涂料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)自實(shí)施之日起，不達(dá)標(biāo)的涂料產(chǎn)品不再允許生產(chǎn)；自2010年7月1日起，不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品不再允許在市場(chǎng)上銷售。從2010年5月份起，由環(huán)境保護(hù)部頒布的涂料環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求防水涂料》正式實(shí)施。水性涂料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：不得人為向防水涂料中添加乙二醇醚及其酯類、鄰苯二甲酸酯、二元胺、烷基酚聚氧乙烯醚、支鏈?zhǔn)榛交撬徕c、烴類、酮類、鹵代烴類溶劑。同時(shí)，水性涂料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物、放射性、甲醛、苯、苯類溶劑、固化劑中游離甲苯二異氰酸酯等物質(zhì)也提出了限值要求。
在國(guó)外，環(huán)境保護(hù)已成為一項(xiàng)重中之重的事業(yè)。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染越來越受到人類的重視，各國(guó)政府都相繼制定了有關(guān)法規(guī)，美國(guó)從66項(xiàng)法規(guī)發(fā)展到現(xiàn)在的1113項(xiàng)法規(guī)，對(duì)建筑涂料的有機(jī)揮發(fā)物（VOC）的限制作出了更為明確的規(guī)定。其有機(jī)揮發(fā)物含量從100mg/l限定到50mg/l。日本和歐美國(guó)家也都在環(huán)保法規(guī)上對(duì)有機(jī)揮發(fā)物含量給出了限定標(biāo)準(zhǔn)，世界環(huán)保的要求和呼聲，使涂料的開發(fā)研究朝著低污染環(huán)保型的方向深化。建筑涂料在生產(chǎn)、使用中的揮發(fā)物質(zhì)是主要的環(huán)境污染源之一，因此，減少有機(jī)揮發(fā)物的含量已經(jīng)成為國(guó)外建筑涂料發(fā)展的總趨勢(shì)。
目前，國(guó)內(nèi)外大多都是著力降低107涂料中游離甲醛的含量，例如：張占柱等人在改性107膠的制備研究[1]中通過高縮醛化等方法使得107涂料中游離甲醛的含量≤0.35%; Pedram Fatehi等人通過高分子電解滴定和膠質(zhì)滴定等方法[9]來改性涂料中游離甲醛的含量; Huining Xiao等人通過添加纖維來改性涂料[10]。目前取代甲醛用別的物質(zhì)作交聯(lián)劑來制備107建筑涂料這樣的研究還是比較少的，用聚醋酸乙烯、丙烯酸乳液、硅溶膠等改性，都存在一定問題，比如：改性工藝復(fù)雜，可操作性差，引人原材料品種多，成本高，等等。
三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案
3.1 實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容
由于目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)107涂料都含有甲醛，實(shí)驗(yàn)試圖找到一種交聯(lián)劑來代替它。實(shí)驗(yàn)中擬選取硼酸鈉、異氰酸酯、脲醛等作為交聯(lián)劑，通過采用正交表L9(34)進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)獲得最佳實(shí)驗(yàn)條件[11]。再通過測(cè)定在最佳實(shí)驗(yàn)條件下的表干時(shí)間、粘度、附著力、抗沖擊強(qiáng)度、固含量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)來確定哪種物質(zhì)來作為交聯(lián)劑最佳。
3.2 實(shí)驗(yàn)方案
3.2.1 儀器與藥品
儀器：電動(dòng)攪拌機(jī)，恒溫水浴鍋，涂-4粘度計(jì)，秒表，三口瓶（250ml），臺(tái)秤，燒杯。
藥品：硼酸鈉、異氰酸酯、脲醛，聚乙烯醇，鹽酸（37%），氫氧化鈉，鈦白粉，立德粉，滑石粉，輕質(zhì)碳酸鈣，磷酸三丁酯，六偏磷酸鈉，無(wú)機(jī)顏料。
3.2.2 正交實(shí)驗(yàn)表的確定[11]
實(shí)驗(yàn)選擇附著力為主要參考指標(biāo)，采用四個(gè)不同的反應(yīng)因素作為正交實(shí)驗(yàn)表的四個(gè)因素，分別為：A—反應(yīng)溫度（℃）；B—反應(yīng)時(shí)間（min）；C—反應(yīng)PH值；D—交聯(lián)劑與聚乙烯醇（PVA）的摩爾比。每個(gè)因素?cái)M定3個(gè)水平(見表1)，選用L9(34)正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)（見表2）。
表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表
因素
水平
A
反應(yīng)溫度（℃）
B
反應(yīng)時(shí)間（min）
C
交聯(lián)劑與聚乙烯醇（PVA）的摩爾比
1
75
20
1.2:1
2
85
30
1.5:1
L9(34)正交實(shí)驗(yàn)因素表如表2所示
表2 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)因素表
實(shí)驗(yàn)號(hào)
列號(hào)
A
B
C
1
1
1
1
2
1
2
2
3
2
1
2
4
2
2
1
3.2.3 以硼酸鈉為交聯(lián)劑制備107涂料
3.2.3.1 107膠的制備
向裝有電動(dòng)攪拌器、滴液漏斗和溫度計(jì)的三口燒瓶中加入92ml的去離子水，攪拌下慢慢加入7.5g聚乙烯醇（PVA）。逐步升溫至A℃，攪拌溶解。溶解后加入濃鹽酸，調(diào)至PH值為C,繼續(xù)保溫A℃，加入Dg交聯(lián)劑硼酸鈉，反應(yīng)Bmin,反應(yīng)結(jié)束后降溫至約60℃，慢慢滴加30%的氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)液至PH值7.0～7.5。撤去熱源，繼續(xù)攪拌片刻即可。
3.2.3.2 107涂料的制備
在一燒杯中取3.2.3中制得107膠50g，分別加入1.0g六偏磷酸鈉、1.4g鈦白粉、2.8g立德粉、2.8g滑石粉、15.0g輕質(zhì)碳酸鈣、0.1g磷酸三丁酯，攪拌混勻，即得107涂料。
測(cè)所得涂料的附著力作為主要參考指標(biāo)，確定最佳實(shí)驗(yàn)條件。
3.2.3.3 107涂料性能的研究
在最佳實(shí)驗(yàn)條件下重復(fù)3.2.3.1，3.2.3.2步驟，測(cè)試涂料的附著力、表干時(shí)間、粘度、抗沖擊強(qiáng)度、固含量等參數(shù)。
3.2.4 以異氰酸酯為交聯(lián)劑制取107涂料[12]
以異氰酸酯為交聯(lián)劑，重復(fù)3.2.3中所有步驟制取107涂料，獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)。
3.2.5 以脲醛為交聯(lián)劑制取107涂料[13-14]
以脲醛為交聯(lián)劑，重復(fù)3.2.3中所有步驟制取107涂料，獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)。
四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
4.1 目標(biāo)
1、確定107涂料正交實(shí)驗(yàn)的最佳實(shí)驗(yàn)條件。
2、在不影響傳統(tǒng)107涂料基本性能的基礎(chǔ)上，找到一種能夠替代甲醛作為交聯(lián)物質(zhì)的交聯(lián)劑。
4.2 主要特色
本文旨在通過正交實(shí)驗(yàn)確定合理的實(shí)驗(yàn)方法來制備107涂料，完全不用甲醛而采用別的無(wú)污染環(huán)保型的交聯(lián)劑是本課題的主要特色。
4.3工作進(jìn)度
1、查找相關(guān)的外文資料并選擇翻譯 2009.12.08~2009.12.18
2、撰寫開題報(bào)告、論文(設(shè)計(jì))前期準(zhǔn)備 2009.12.18~2009.12.28
3、調(diào)查、研究、實(shí)驗(yàn)和撰寫論文或設(shè)計(jì) 2010.1.04~2010.06.01
4、論文或設(shè)計(jì)定稿 2010.06.05~2010.06.09
5、主審教師評(píng)定論文(設(shè)計(jì)) 2010.06.10~2010.06.16
6、論文答辯 2010.06.20 左右
五、參考文獻(xiàn)
[1] 莊義.為什么要淘汰107涂料[J]. 中國(guó)涂料.1999,4:44-46.
[2] 張占柱，趙雅琴，靳明君 等.改性107膠的制備研究[J].河北化工學(xué)院報(bào),1994,18(20):61-63.
[3] 梁柏林,周民杰.環(huán)保型DAS-PVA建筑膠粘劑的制備[J]. 新型建筑材料.2007,57(2):57-59.
[4] 曾麗娟,藍(lán)仁華.改性聚乙烯醇內(nèi)墻涂料的研制[J].化學(xué)建材,2005,21(2):14-16.
[5] 劉義,王洪艷,萬(wàn)建華 等.環(huán)保型水性涂料的研制[J].化學(xué)世界,2004,4:189-192.
[6] 柯麗軍,黃仕鋒.聚乙烯醇縮甲醛的研制[J].貴州化工,2005,30(5):17-24.
[7] 姚興芳,郭英,賈堤,等.環(huán)保型聚乙烯醇膠黏劑的研制[J].山東建材,2005(6):41-44.
[8] 牛永生,牛曉玉，劉德崢 等.改性聚乙烯醇建筑涂料的研制[J].化學(xué)工程師,2000,(8):26-27.
[10] Pedram Fatehi, Huining Xiao. Adsorption characteristics of cationic-modified poly (vinyl alcohol) on cellulose fibers–A qualitative analysis[J].Colloids and Surfaces A,2008,327(3):127-133.
[11] Pedram Fatehi, Huining Xiao.Effect of cationic PVA characteristics on fiber and paper properties at saturation level of polymer adsorption[J].Carbohydrate Polymers,2010,79(2):423-428.
[11] 謝文勝.正交試驗(yàn)研制改性聚乙烯醇縮醛膠[J].天津化工.1995,4:4-5.
[12] 張健,王克明.低甲醛含量脲醛樹脂粘合劑的合成方法研究[N].研究報(bào)告及專論,2007,28(1)：41-43.
[13] 李堅(jiān),戴文杰.水分散性異氰酸酯交聯(lián)劑的合成與性能初探[J].江蘇石油化工院學(xué)報(bào),2002,14(4):22-24.
[14] 鐘安永,陳德本,肖德泉 等.封閉型異氰酸酯交聯(lián)劑的制備及其固化行為的研究[J].2000,16(3):32-35.
5
收藏