建筑涂料用苯丙乳液的研制

ChineseJournalofColloid&polymerVol.23　No.2Jun.2005

建筑涂料用苯丙乳液的研制

周　艳　丁正学

(湖北大学化学与材料科学学院　武汉　430062)

摘　要　以苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸为主要单体,采用种子半连续乳液聚合法合成了苯丙乳液,研究了软硬单体的配比、硬单体中苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯的相对量和丙烯酸的用量等对乳液及乳胶漆性能的影响。

关键词　苯丙乳液;乳胶漆;耐洗刷性

󰀁

苯丙乳液是苯乙烯、丙烯酸酯类等单体共聚

的乳液。以其作为主要成膜物质所配制的苯丙乳液涂料无毒、无环境污染,有很好的耐候性、保色性、耐水性、耐碱性,因而在内外墙乳胶漆及其它水性涂料中得到了广泛应用[1]。由于乳液聚合物特殊的合成原理及成膜机理,它的耐水性、光泽度及附着力与其它聚合方法获得的聚合物相比还有一定的差距。近年来,进一步提高和完善苯丙乳液的应用性能的研究日趋活跃[2]。本文以苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)和丙烯酸(AA)为主要单体,采用种子半连续乳液聚合法合成了苯丙乳液,并研究了软硬单体的配比、硬单体中苯乙烯(St)与甲基丙烯酸甲酯(MMA)用量和丙烯酸(AA)的用量等对乳液及乳胶漆性能的影响,为减少苯丙乳液生产中残渣量及提高涂料的耐洗刷性,提供了一些有益的数据,对指导实际生产具有参考价值。

1　实验部分

1.1　实验原料

苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、十二烷基硫酸钠(SDS)、OP-10、N-羟甲基丙烯酰胺(N-MA)均为工业级,过硫酸铵、碳酸

氢钠均为化学纯,去离子水自制。1.2　制备工艺

1.2.1　乳液的合成　将部分乳化剂、去离子水、单体和引发剂加入反应器预乳化,另一部分乳化剂、去离子水、单体和引发剂加入装有搅拌、冷凝管、滴液漏斗和温度计的四口烧瓶中,开动搅拌,乳化,升温至82℃,反应至体系变蓝、回流明显减少时滴加预乳化液,3h滴完,在84～86℃保温反

应1.5h,再升温至96℃反应0.5h后降至室温,用氨水调节pH值至7～8,100目网过滤出料。得含固量为50%的乳胶,为乳白色带蓝光的液体。1.2.2　乳胶漆的配制　在搅拌分散多用机中加水、增稠剂中速搅拌分散溶解,然后加入有关助剂,颜、填料,高速搅拌分散至粒度合格后,调至中低速下加乳胶搅拌分散,再加入助剂并用氨水调pH值,搅拌分散合格后出料。1.3　性能检测

1.3.1　乳液黏度　在室温(20℃)下采用涂—4杯测乳液的黏度,单位秒(s);用斯托默黏度计测定乳胶漆的黏度,单位KU。

1.3.2　乳液室温成膜速度　将乳液倒入深,宽,长相同的槽中,观察其变成无色透明的固体时的时间。

1.3.3　乳胶膜吸水率　将透明乳胶膜置于装满水的小烧杯中24h后取出,用滤纸吸取表面的水分,再按下式计算漆膜吸水率:

漆膜吸水率=(吸水后漆膜量-干燥漆膜量)/干燥漆膜量×100%

1.3.4　漆膜遮盖力　用QTG-Ⅱ涂膜涂布器将配好的乳胶漆涂布于黑纸板上干燥,观察露底现象,区分遮盖力。

1.3.5　乳胶膜硬度　用QBY—Ⅱ型漆膜摆式硬度计按GB1730-82执行测定。

1.3.6　乳胶漆耐洗刷性　用TLXY型涂料耐洗刷仪按GB9266-88执行测定。

1.3.7　乳胶膜耐冲击性　用QCJ型漆膜冲击器

󰀁收稿日期:2005-02-1010

胶体与聚合物第23卷

按GB1732-79执行测定。

1.3.8　钙离子稳定性　取20g乳液,加入10%的氯化钙水溶液20g,摇匀,放置48h,观察是否有分层或破乳现象。

2　结果与讨论

2.1　软硬单体配比对乳液及乳胶漆性能的影响

软硬单体配比对所合成的乳液及乳胶漆性能的影响见表1。从表1可以看出,软硬单体配比对乳液的黏度及乳胶膜的吸水率影响不大。当乳胶中软单体BA含量增加,有利于乳液成膜,且乳胶漆耐冲击性、耐洗刷性也得到提高,但乳液成膜速度降低,漆膜硬度急剧下降。

表1　软硬单体配比对乳液及乳胶漆性能的影响

BA/St成膜速度成膜性黏度/s吸水率/%硬度H耐冲击性/cm耐洗刷性/次

1/0.82最慢平整205.560.042150以上475

1/1慢平整218.330.0950以上358

1/1.22较慢1750.261229268

1/1.5快1710膜发裂15270

随着AA用量的增加,乳液黏度、遮盖力、吸水率逐渐增大,而聚合物结渣量、成膜速度、耐水性逐渐减小。这是由于羧基为极性基团,具有很强的亲水性。聚合物侧链上的羧基大部分覆盖在乳液粒子的表面,阻止粒子相互聚结,明显地抑制了凝胶的产生。因此,只要选择适宜的丙烯酸用量,使粘度在一定的范围内,就有利于生产出合格的产品。由表3还可看出,耐洗刷性和硬度在AA用量3%～4%时较好。总的来看丙烯酸用量在4%～5%左右比较合适。

表3　丙烯酸(AA)用量对乳液及乳胶漆性能的影响AA/%

聚合物结渣黏度/s成膜速度遮盖力硬度H吸水率/%耐洗刷/次

2多28较快较差0.173.33270

3少32较快一般

4较少34快较好

5很少36慢很好

6很少36较慢好

较平,细裂纹龟裂

0.380.300.220.173.526.008.24膜发白0

560

320

300

3　结论

综合考虑各种影响因素,我们选用苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯为主要单体,软硬单体配比为1/1,硬单体配比为St/MMA=1/0.25,丙烯酸为4%～5%,OP-10和SDS为复合乳化体系,并加入适量功能性单体,如丙烯酸羟乙酯(HEA)、N-羟甲基丙烯酰胺(N-MA)等进行乳液聚合,得到苯丙乳液,乳液残渣量极少,表观黏度30s左右,吸水率4%～5%,硬度H为0.4左右,耐冲击性50cm以上,所配制的乳胶漆黏度为115KU,钙离子稳定性合格,耐洗刷性600次以上。参考文献

1　武利民,李丹,游波.现代涂料工业[M].北京:化学工

业出版社,2001

2　马祥梅,王斌,王武生.我国苯丙乳液的研究进展[J].

化学与粘和2003.1

2.2　St、MMA用量对乳液及乳胶漆性能的影响

加入少量的MMA替代St进行乳液聚合,实验结果如表2所示。由表2可见,乳液的黏度、漆膜硬度和吸水率、耐冲击性变化不大,但乳胶漆的耐洗刷性有明显提高,据此表明,乳液聚合中采用多元单体聚合可获得性能较为优良的聚合物。

表2　硬单体中St、MMA用量对乳液及乳胶漆性能的影响St/MMA黏度/s硬度H吸水率/%耐冲击性/cm耐洗刷性/次

1/021.250.098.3350以上358

1/0.2530

0.07888.2350以上588

2.3　丙烯酸用量对乳液及乳胶漆性能的影响

当选用软硬单体配比为1/1,硬单体配比为St/MMA=1/0.25时,改变丙烯酸(AA)用量对乳液及乳胶漆的性能有显著影响。由表3可看出,

Studyonstyrene-butylacrylateemulsion

ZhouYan　DingZhenxue

(FacultyofChemistryandmaterialsScience　HubeiUniversity　Wuhan430062)

Abstract　thestyrene-butylacrylateemulsionwaspreparedbyseededsemi-continuousemulsionpolymerizationwithstyrene,butylacrylate,acrylicacidasmonomers.Theeffectsoftheratioofsoftandhardmonomers,theamountofstyrene,methylmethacrylateinhardmonomers,theamountofacrylicacidontheemulsionandtheemulsioncoatingswerediscussed.

Keywords　Styrene-butylacrylateemulsion;Emulsioncoatings;Washability