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基本信息

項目名稱：
自乳化型硝化纖維樹脂乳液的改性與制備
小類：
能源化工
簡介：
為降低消化纖維涂料的VOC含量以達(dá)到環(huán)保要求，本作品以水性樹脂為基料，以水為分散介質(zhì)制作成的水性涂料基本不含有機(jī)揮發(fā)物，VOC含量很容易降到零。無毒環(huán)保且具有一定價格優(yōu)勢。
詳細(xì)介紹：
在我國，硝化纖維涂料以其干燥速度快、裝飾性能好、施工方便等優(yōu)點在市場上廣泛使用。隨著環(huán)保要求以及人民生活水平的日益提高，各國相繼出臺了相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格限制涂料中揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的含量，傳統(tǒng)的硝化纖維涂料由于含有大量有機(jī)溶劑而很難達(dá)標(biāo)，面臨被市場淘汰的危險，如何降低VOC含量也就成為制約硝化纖維涂料應(yīng)用和發(fā)展的瓶頸問題。將以有機(jī)物為溶劑的傳統(tǒng)油溶性涂料做成水性涂料，它以水性樹脂為基料，以水為分散介質(zhì)，基本上不含有機(jī)揮發(fā)物，VOC含量很容易降到零。所以，研究開發(fā)出性能良好的水分散型硝化纖維樹脂具有重要的應(yīng)用價值和廣闊的市場前景。

作品圖片

  • 自乳化型硝化纖維樹脂乳液的改性與制備
  • 自乳化型硝化纖維樹脂乳液的改性與制備

作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1.設(shè)計發(fā)明目的和基本思路： 為降低消化纖維涂料的VOC含量以達(dá)到環(huán)保要求，本作品以水性樹脂為基料，以水為分散介質(zhì)制作成的水性涂料基本不含有機(jī)揮發(fā)物，VOC含量很容易降到零。無毒環(huán)保且具有一定價格優(yōu)勢。 2.創(chuàng)新點： 基于對各種制備傳統(tǒng)水分散型硝化纖維方法的難點和缺陷的分析研究，其缺點如下：(1)揮發(fā)性有機(jī)化合物（voc）高; (2)易燃，易爆，不易儲存; (3)消耗大量有機(jī)溶劑，浪費資源。提出了一種制備水分散型硝化纖維樹脂的新方法——自乳化法。該方法即針對水性硝化纖維樹脂的功能性，通過分子設(shè)計及合成原料的篩選，在硝化纖維大分子上引入親水基團(tuán)，使硝化纖維能夠自行乳化分散在水中，不需要任何表面活性劑的加入。本作品對環(huán)境沒污染，易于儲存，同時具有較好的穩(wěn)定性。 3.技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： a.設(shè)計了硝化纖維自乳化法的總體工藝流程 b.對親水單體，成鹽劑，溶劑，催化劑進(jìn)行了選擇，并且設(shè)計了本品的合成路線。 c. 確定了每一步的反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度，并確立了操作條件。采用主客觀綜合權(quán)重法、正交試驗、均勻試驗和逐步回歸分析對存在交互作用的多因素多水平的合成實驗進(jìn)行了優(yōu)化。 d.為進(jìn)一步探究本產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與本文所預(yù)計的是否相符，本文對樣品進(jìn)行了紅外光譜表征，激光粒度測試和投射電鏡觀察等儀器表征。 e.所做的乳液性能表征主要包括以下項目(參考標(biāo)準(zhǔn) GB/T 11175-2002)：凍融穩(wěn)定性、稀釋穩(wěn)定性、貯存穩(wěn)定性。

科學(xué)性、先進(jìn)性

1. 硝化纖維分子上具有未被完全硝化的羥基，此羥基在理論上具有反應(yīng)性，可以通過此羥基在硝化纖維分子結(jié)構(gòu)上引入親水基團(tuán)，使硝化纖維具有親水性，能夠自行乳化在水中。 2. 多異氰酸酯的NCO基團(tuán)和羥基具有適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)活性，可在溫和的條件下反應(yīng)，易于控制。不同的NCO基團(tuán)分別和硝化纖維分子上的羥基和親水單體上的羥基反應(yīng)，所以多異氰酸酯可以作為中間媒介把親水基團(tuán)引入到硝化纖維分子上。 3. 異氰酸酯和多元醇反應(yīng)可以生成氨基甲酸酯基，而氨基甲酸酯基是聚氨酯的特征基團(tuán)，相當(dāng)于在水性硝化纖維分子上引入了聚氨酯的特征基團(tuán)，使制得的水性硝化纖維樹脂保持原有性能的同時具有聚氨酯的優(yōu)良性能。 4. 具有親水基團(tuán)的硝化纖維分子本身可以分散在水中形成較小粒徑的乳液顆粒，而且可以作為一種內(nèi)乳化劑把其他硝化纖維分子乳化在水中形成相對較大的乳液顆粒。所以可以調(diào)節(jié)硝化纖維的用量來制備出單分散小顆粒硝化纖維乳液，二元分散乳液和大顆粒乳液。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

實驗室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無

作品可展示的形式

實物，照片

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

一、技術(shù)特點和優(yōu)勢 1.水性涂料合成出一種以水為介質(zhì)，不含任何有機(jī)溶劑的水分散型涂料； 2.在硝化纖維大分子上引入親水基團(tuán)解決以水為溶劑的難題； 3.硝化纖維本身不溶于水，我們利用高分子設(shè)計，設(shè)計出新穎的含親水基團(tuán)的水性硝化纖維乳液； 4.VOC值幾乎為零； 5.不燃、不爆，易于儲存； 6.無氣味，節(jié)約能源，成本低； 7.原料來源廣泛，價格低廉，無污染。 二.適用范圍： 用于包括皮革涂層、織物涂層、地板涂層，膠黏劑，紡織印刷助劑等領(lǐng)域。 三.市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 硝化纖維乳液的主要市場競爭對手為水性聚氨酯，水性醇酸樹脂以及溶劑型硝化纖維涂料，其中芳香族水性聚氨酯樹脂的價格是本產(chǎn)品2倍左右，脂肪族水性聚氨酯樹脂的價格是本產(chǎn)品的3倍左右，水性醇酸樹脂的價格是本產(chǎn)品的2倍左右，硝基清漆（溶劑型）的價格是本作品的1.5到2倍，說明本產(chǎn)品在不污染環(huán)境對人體無傷害的情況下還具有一定的價格優(yōu)勢，所以本產(chǎn)品相對于傳統(tǒng)溶劑型硝基漆將會有較大競爭力。

同類課題研究水平概述

1）外乳化法 此方法較普遍，安徽大學(xué)的孫艷松等都對此法進(jìn)行了研究。該類產(chǎn)品涂膜亮度較好，耐干濕擦，常用于鞋面革、修面革頂?shù)耐匡棧指胸S滿滑爽，但生產(chǎn)過程中需用高速分散設(shè)備，安全性能較差，且制出的乳液顆粒大小不均勻。 這種方法無法做到VOC很低，對設(shè)備儀器要求極高、同時安全性也要求極高，由于在體系中加入了大量的水和表面活性劑，乳液雙電層體系復(fù)雜，乳液穩(wěn)定性難以解決。 2）轉(zhuǎn)相乳化法 微乳液是一個由油、水、表面活性劑、助表面活性劑組成的具有熱力學(xué)穩(wěn)定和各向同性的多組分體系。微乳液的粒徑在0.1μm以下，是介于普通乳液和膠體溶液之間的體系，長時間放置不分層，不破乳。 用該技術(shù)制備硝化纖維微小乳狀液，需要設(shè)備少，能耗小，且成品的乳液粒徑小，儲存穩(wěn)定性好，成膜物質(zhì)更光亮、滑爽、柔軟，但該方法也有明顯的缺點：一是微乳液的配方確定較為困難，選擇和調(diào)整合適親水-親油平衡（HLB）值的表面活性劑方面需做大量工作；二是微乳液中含有大量的表面活性劑，只能用低分子量增塑劑，不宜用大分子樹脂，故涂層耐濕擦性、耐磨性、耐久性、硬度、附著力都比較差。 3）種子乳液聚合法 這是近年來制備乳液型光亮劑的新方法。通過種子乳液聚合可制得硬核-軟殼結(jié)構(gòu)乳液，硝化棉溶液乳化后作為核芯，殼層為丙烯酸酯軟性共聚物。制備方法為：將丙烯酸酯軟性單體、含兩個雙鍵的丙烯酸酯單體、丙烯酸、含水硝化棉混合攪拌溶解均勻后，滴加陰、非離子表面活性劑水溶液制得水乳液。在乳液中加入引發(fā)劑水溶液，升溫至70℃，保溫反應(yīng)一定時間，再加入丙烯酸酯軟性單體，反應(yīng)一定時間后，生成具有核殼結(jié)構(gòu)的成品，降溫、過濾、包裝。這種乳液要獲得廣泛應(yīng)用必須解決兩個問題，一是乳液穩(wěn)定性，二是硝化棉被聚丙烯酸酯包裹，如何充分發(fā)揮硝化纖維的優(yōu)良性能。 通過上面的討論可以看出，硝化纖維的水性化由于處理難度大且許多制備機(jī)理不成熟導(dǎo)致現(xiàn)階段仍處在研究階段，少量的產(chǎn)品應(yīng)用也基本限于皮革涂飾劑等，木器涂飾、裝修涂飾等方面尚未見到相關(guān)報道。在諸多的水性化方法中，外乳化法最簡單，但是產(chǎn)品穩(wěn)定性最差。轉(zhuǎn)相乳化法的研究重點是乳化劑和配套增塑劑的選擇。而種子乳液聚合法是最不成熟的一種方法。因此，在保持硝化纖維優(yōu)良成膜性能的同時解決乳液穩(wěn)定性差的問題成為水分散型硝化纖維樹脂研究與開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。
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