納米zno復(fù)合聚苯丙乳液合成及功能性研究

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1、納米ZnO復(fù)合聚苯丙乳液合成及功能性研究2011/5/3/8:31來源：涂料與涂裝資訊網(wǎng)納米ZnO復(fù)合聚苯丙乳液的合成及其功能性研究唐二軍，趙衛(wèi)利，董少英(河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院，石家莊050018)　　慧聰涂料網(wǎng)訊：摘要：通過無皂乳液聚合制備了納米ZnO復(fù)合聚苯丙乳液，探討了復(fù)合乳液的聚合反應(yīng)機(jī)理，研究了分散劑和單體加入方式對(duì)聚合包覆率的影響。TEM測(cè)試表明納米ZnO被包覆在聚合物中。SEM觀察表明：通過合成復(fù)合乳液使納米ZnO在涂膜中達(dá)到均勻的單分散狀態(tài)。研究了納米ZnO復(fù)合聚苯丙乳液涂膜的抗紫外線性能和抗菌性能，結(jié)果表明使用納米ZnO復(fù)合聚苯丙乳液的涂層材料具有明顯的抗菌和吸收紫

2、外線功能?！　￡P(guān)鍵詞：納米ZnO；復(fù)合乳液；抗紫外線性；抗菌性能　　0.引言　　建筑乳膠涂料已成為室內(nèi)外裝飾材料的主打產(chǎn)品，但其涂膜沒有溶劑型建筑涂料致密，容易受到細(xì)菌及微生物的侵蝕而出現(xiàn)霉斑，另外作為建筑外墻涂料長(zhǎng)期受紫外光的照射會(huì)老化，導(dǎo)致涂膜沾污、變色、粉化、脫落，失去對(duì)底材的保護(hù)裝飾功能，影響建筑物的美觀，這給建筑涂料的開發(fā)和研究提出了新的課題[1-3]。提高建筑乳膠涂料抗菌防霉性最有效的途徑是加入具有抗菌防霉功能并能在涂膜中穩(wěn)定存在的物質(zhì)，發(fā)揮抗菌作用。傳統(tǒng)的抗菌防霉劑，如甲醛、重金屬鹽、苯酚、五氯酚鈉等，由于對(duì)環(huán)境和人體有毒，已經(jīng)禁止使用。目前，抗菌劑主要有天然抗菌劑、有機(jī)抗菌劑和

3、無機(jī)抗菌劑三大類。天然抗菌劑主要有殼聚糖、天然萃取物等，品種不多，耐久性較差，應(yīng)用受到限制。有機(jī)抗菌劑主要有異噻唑啉酮類、苯并異噻唑啉酮類、有機(jī)胺類等[4-5]，其短期抗菌效果較明顯，但耐久性和耐溫變性較差，在紫外光照射下容易分解，從而限制了其在涂料中尤其是外墻涂料中的應(yīng)用。無機(jī)抗菌劑主要是銀系抗菌劑[6-7]和具有光催化作用的無機(jī)納米材料[8]。銀系抗菌劑具有很好的抗菌效果和耐久性，但由于粒徑問題及銀離子抗菌劑的價(jià)格昂貴，因此，限制了在涂料中的應(yīng)用；具有光催化作用的材料主要是指納米ZnO和納米TiO2等材料，利用光催化作用產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性使微生物或微生物細(xì)胞組織失去活性。由于在作用過程中，納米

4、粒子本身沒有參與反應(yīng)，沒有任何損失，具有長(zhǎng)效的抗菌作用。同時(shí)納米ZnO粒子還具有優(yōu)異的吸收紫外線性能，因此向乳膠涂料中引入納米ZnO粒子不僅可使涂料具有抗菌防霉性，還可實(shí)現(xiàn)耐紫外線老化功能[9-10]。通常制備此類功能涂料的方法是直接將納米粒子摻入乳膠中，但納米氧化鋅等無機(jī)納米材料表面能高，極易團(tuán)聚，如果不能很好地將其分散在涂膜中，不僅影響其性能的發(fā)揮，而且在涂料體系中成為團(tuán)聚體的核心，產(chǎn)生膠粒，影響涂膜的性能[11-12]。本文采用無皂乳液聚合技術(shù)，以納米ZnO粒子為核，苯乙烯(St)和丙烯酸丁酯為殼層單體通過無皂乳液聚合制備包覆型復(fù)合乳液，可解決納米氧化鋅粒子的團(tuán)聚問題，以其為基料來制備涂

5、料，還可發(fā)揮其良好的抗菌防霉和抗紫外線性能，制備出具有抗菌和防紫外線性的功能涂料?！　?.實(shí)驗(yàn)部分　　1.1原料　　納米ZnO：平均粒徑約20nm，浙江明日納米材料股份有限公司；苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸：化學(xué)純，天津化學(xué)試劑有限公司；聚甲基丙烯酸鈉(PMAANa)：北京東方化工公司；過硫酸鉀等助劑：市售；實(shí)驗(yàn)用水：去離子水；商品BC-01苯丙乳液：河北保定東大化工公司?！　?.2主要儀器　　透射電鏡，JEOL-1200EXⅡ，日本Jeol公司；掃描電鏡，SM26360LV型，日本Jeol公司；熱重/差熱分析儀，TG204型，德國(guó)Netzsch公司；紫外-可見光譜儀，U-1800型，日本日立公

6、司?！　?.3無皂乳液聚合制備納米ZnO/聚苯丙復(fù)合乳液　　稱取一定量ZnO納米微粒，加入去離子水及少量的分散劑PMAANa水溶液，先在磁力攪拌器上分散20min，再用超聲波清洗儀超聲分散30min，用激光粒度分布儀測(cè)定其粒徑，直至納米ZnO完全分散于水中，之后加入到500mL四口甁中，放入水浴中，開動(dòng)攪拌，同時(shí)通N2保護(hù)，加熱使溫度達(dá)到75℃，然后分別滴加苯乙烯和丙烯酸丁酯混合單體和過硫酸鉀引發(fā)劑水溶液，滴加時(shí)間約為1.5h，其后在75～80℃保溫反應(yīng)4h合成復(fù)合乳液。苯丙乳液是由苯乙烯和丙烯酸酯單體經(jīng)乳液共聚而得?！　?.4復(fù)合乳液和涂膜的性能測(cè)試　　包覆率和包覆效率的測(cè)定：反應(yīng)合成的聚合

7、物體系含有復(fù)合微粒、純聚合物乳膠粒子。要計(jì)算包覆效率，首先要將純聚合物乳膠粒子分開。根據(jù)純聚合物粒子和ZnO復(fù)合微粒密度的差異，采用離心分離的方法將二者分離開，用熱失質(zhì)量分析可得到無機(jī)納米粒子上聚合物的含量[13]?！　“猜?復(fù)合乳液微粒上聚合物質(zhì)量/納米粒子質(zhì)量×100%　　包覆效率=復(fù)合乳液微粒上聚合物質(zhì)量/聚合物的總質(zhì)量×100%　　復(fù)合乳液形態(tài)觀察采用JEOL-1200EXⅡ透射電鏡(T