摘 要

丙烯酸酯乳液作为硅钢涂层在电力、家电、建筑等行业有广泛应用，目前市场上使用的多是有毒性高污染的铬酸盐半无机涂层。随着人们环保意识的提高，研发新型实用性强并且符合环保要求的硅钢涂层变得越来越必要。本文以MMA、EA为单体，APS为引发剂，在亚硫酸氢钠与碳酸氢钠构成的氧化还原体系中通过种子乳液聚合工艺，制备得到无铬环保型丙烯酸酯乳液。在此基础上，引入AA对乳液进行改性，研究其对乳液各项性能的影响。本文采用DSC、拉伸强度测试等方法对乳液制备的漆膜进行表征和分析，并研究了各工艺参数对丙烯酸酯乳液性能的影响。结果表明，当乳化剂用量为5%，乳化剂SDS与OP-10配比为5:4，搅拌强度为150rpm时，乳液能获得较优的性能。加入丙烯酸对其改性，其耐温耐热性、附着性能得到显著提高。

关键词：硅钢涂层，丙烯酸酯乳液，乳液聚合，AA改性

Abstract

Acrylic emulsion as a coating for silicon steel has wide applications in the electric power, household electrical appliances, construction and other industries , currently highly polluting toxic chromate half inorganic coating used on the market mostly. With the improvement of people's awareness of environmental protection, its more and more necessary to develop a new practical and environmental silicon steel coating. In this paper, we use MMA(methyl methacrylate) , EA(ethyl acrylate) as monomer, APS(ammonium persulfate) as the initiator, a redox system constituted by sodium bisulfite and sodium bicarbonate, and make chromium-free environmentally friendly acrylic emulsion via the semi-continuous polymerization process. On this basis, introduce the AA(acrylic acid) for emulsion modification, explore its impact on the properties of emulsion. To use DSC(differential scanning calorimetry), tensile strength test methods for emulsion paint’s characterization and analysis, and study the effect of various process parameters on the properties of acrylic emulsion. The results showed that when the amount of 5% emulsifier, emulsifier SDS and OP-10 ratio of 5: 4, stirring intensity is 150rpm, the emulsion can be obtained optimum performance. Its temperature resistance,heat resistance and adsorption performance has been significantly improved.

Key words: silicon steel coating; acrylic emulsion; emulsion polymerization; acrylic modified

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 硅钢涂层的发展现状 1

1.1.1 国外发展现状 1

1.1.2 国内发展现状 2

1.2 丙烯酸酯涂料的应用 2

1.3 丙烯酸酯乳液 3

1.3.1 乳液聚合的反应机理 3

1.3.2 乳液聚合工艺 4

1.3.3 丙烯酸酯乳液改性方法 4

1.4 本课题研究的目的及意义 5

1.4.1 研究目的及意义 5

1.4.2 课题创新点 5

第2章 实验部分 6

2.1 实验仪器及药品 6

2.1.1 实验仪器 6

2.1.2 实验试剂 6

2.2 实验方法 6

2.2.1 丙烯酸酯乳液的制备 6

2.2.2 AA改性丙烯酸酯乳液的制备 7

2.2.3 工艺参数对聚合反应的影响 7

2.3 性能测试与表征 8

2.3.1 乳液外观 8

2.3.2 转化率 8

2.3.3 粘度 8

2.3.4 粒径和Zeta电位 9

2.3.5 稳定性的测试 9

2.3.6 差示扫描量热分析（DSC） 9

2.3.7 拉伸强度测试 9

第3章 结果与讨论 10

3.1 动力学曲线分析及初反应时间确定 10

3.2 最佳工艺参数的确定 11

3.2.1 乳化剂用量对乳液性能的影响 11

3.2.2 乳化剂OP-10与SDS配比对乳液性能的影响 12

3.2.3 搅拌强度对乳液性能的影响 14

3.2.4 丙烯酸（AA）对乳液性能的影响 16

3.3 DSC分析 18

3.4 拉伸性能测试 19

第4章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 21

参考文献 22

致谢 23

第1章 绪论

硅钢是指含硅量在0.5%～4.5%之间的电工用钢，是钢铁产品中的“工艺品”^[1]。通常以硅钢产量的多少来评判一个国家钢铁产业发展水平。硅钢主要作为各种电机、变压器的铁芯，是家电、电力、建筑等行业不可或缺的原产品。因其结构与用途的差异，硅钢被分为取向硅钢和无取向硅钢两个大类。其中取向硅钢被主要用在变压器制造业；而无取向硅钢因含碳量很低，主要用于电动机和发电机的制造。硅钢分为热轧和冷轧两种，热轧硅钢无法连续加工，且成材率低，耗电量高、生产过程污染严重，在国外早已停止生产使用，而冷轧硅钢因性能优良已基本取代热轧硅钢。

1.1 硅钢涂层的发展现状

硅钢在使用之前，需要先在表面上涂覆一层硅钢涂层，在高温环境下，涂层会在硅钢表面均匀平整的附着，这层涂层能使得硅钢具有耐热绝缘性。同时，为了限制电机涡流作用，在使用时将冷轧硅钢片叠装成磁回路，使层片之间保持彼此绝缘，涂层彼此间的差异使钢片拥有良好的绝缘效果。硅钢生产的最后一道工序是涂覆涂层，目前普遍采用机械法或者物理气相沉积法来对硅钢表面涂覆涂层。要求涂覆后在硅钢表面形成一层1-5μm厚的薄膜。无疑涂层的种类、工艺和质量将对硅钢片间相互绝缘性、冲片性、焊接性及耐油性等产生重大影响，从而进一步影响硅钢本身的铁损水平乃至产品的性能。因此全面了解硅钢表面涂层方法、工艺参数对涂层质量的影响，对于进一步提高硅钢产品质量具有十分重要的意义^[2]。

随着社会发展，人们环保意识得到提升。人们已经开始认识到含铬半无机涂层的使用给公共环境和身体健康造成的危害。所以已经有一些国家和组织机构为此制定相应的法律法规，并开始积极研制新型既具有实用性又符合环保要求的硅钢涂层，以此取代铬酸盐涂层。

1.1.1 国外发展现状

日本专利^[3-5]提出观点，采用有机酸金属盐替代铬酸酐。采用C₂H₂O₄Zn、HCOO-CHO、和C₄H₆O₄Sn等有机酸。这样制备得到的乳液涂覆结果证明这种涂层的附着力较强，但是耐热性、耐蚀性、磁性性能一般。