添加剂对纯丙乳液性能的影响研究

刘立新，赵晓非，谭小红，张建民，杨毅

（大庆石油学院化学化工学院，黑龙江大庆 163318）

聚合物水泥复合防水涂料(JS复合防水涂料)结合了有机物的柔性和无机物水泥的刚性，具有高效、无毒无害、施工简单、涂膜耐老化性与机械性能优良等特点。丙烯酸酯共聚弹性乳液是主要的一类JS复合防水涂料的液料。涂料助剂可以改进涂料的生产工艺、提高涂料的质量、赋予涂料特殊功能、改善涂料的施工条件。本文采用种子乳液聚合法制备了丙烯酸酯乳液(纯丙乳液)，考察了增塑剂、成膜助剂、交联剂、增稠剂、流平剂、防霉剂等各种助剂的用量对丙烯酸酯乳液黏度和吸水率的影响。

1 实验部分

1.1 实验仪器与原材料

实验仪器：电动搅拌器(天津市二十八中仪器厂) ；磁力搅拌器(681 型，江苏南通农业科学仪器厂) ；水浴锅(HH-S型，郑州长城科工贸有限公司) ；旋转黏度计(NDJ-99型，成都仪器厂) ；四口烧瓶(500 mL)。

原材料：甲基丙烯酸甲酯(分析纯)、丙烯酸丁酯(化学纯)、甲基丙烯酸(分析纯) 、十二烷基硫酸钠(化学纯) 、OP-10(化学纯) 、过硫酸钾(分析纯) 、亚硫酸氢钠(分析纯) 、氨水(分析纯) 、氢氧化钠(分析纯) 、邻苯二甲酸二丁酯(分析纯) 、成膜助剂、消泡剂、增稠剂、流平剂、防霉剂、水泥、滑石粉、碳酸钙。

1.2 丙烯酸酯乳液的制备

1.2.1 预乳化液的制备

在110 g蒸馏水中加入5 g OP-10、3 g 十二烷基硫酸钠以及功能性单体甲基丙烯酸8.00 g，放入四口烧瓶中，水浴加热至40℃，在高速搅拌下，将90% 的混合单体，在45 min 内滴加完毕，并继续搅拌5 min，得到稳定的乳白色乳化液，备用。
1.2.2 种子乳液的制备

将1.0 g OP-10，0.6 g十二烷基硫酸钠混合乳化剂，蒸馏水(60 g)放入四口烧瓶中，水浴加热，开动搅拌器，先将适量的引发剂部分滴加至四口烧瓶中，然后同时滴加引发剂和剩余的10% 混合单体，在30 min内反应完毕，得到蓝色或淡蓝色的种子乳液，随后将剩余的引发剂和与乳化液在4 h内滴加完毕，并升温至90℃，回流一段时间，然后冷却，用氨水调解pH 值，即得丙烯酸酯乳液产品。

1.2.3 吸水率的测定

自然干燥一周后，制成的胶膜浸泡在蒸馏水中24 h 后，测定吸水率：

1.2.4 黏度测定

用NXS-11A 型旋转黏度计测试，A 型转子，测试条件为室温。

2 结果与讨论

2.1 增塑剂加入量对丙烯酸酯乳液性能的影响

为了改变高聚物的某些物理化学性能，在高聚物中加入一些高沸点、能与高聚物混溶的低分子增塑剂，以降低高聚物的玻璃化温度，增大高聚物柔韧性[3]。增塑剂在增加涂膜的柔韧性同时应尽可能少地降低涂膜的硬度，也不应当使涂膜变色。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二辛酯(DOP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)。在60℃下加入邻苯二甲酸二丁酯，搅拌15 min (反应温度不宜过高，否则易产生凝胶)，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯的用量对丙烯酸酯乳液性能的影响见图1、图2。随着增塑剂加量从0 增加到8%，涂料的黏度和涂膜的吸水率逐渐增加。这是因为增塑剂软化了聚合物颗粒，使其具有一定的溶胀作用，导致体系黏度和涂膜吸水率的上升。实验测得数据如下：

2.2 成膜助剂加入量对丙烯酸酯乳液性能的影响

成膜助剂是一种暂时性的增塑剂，其作用是促使乳胶粒子的塑性流动和弹性变形，软化乳液聚合物粒子，使它们更好地融合在一起。能够降低涂料的最低成膜温度，使其能在广泛的施工温度范围内成膜。室温下考察了成膜助剂松节油的加入量对丙烯酸酯乳液性能的影响，实验结果见图3、图4。随着松节油加入量从0 增加到8.0%，乳液的黏度和涂膜的吸水率增大。乳液黏度增大的原因是成膜助剂是一种高效的溶剂，会软化乳胶粒子，乳胶粒子会溶胀而变大，并且更容易凝结，从而乳液的黏度上升。成膜助剂加入量为6% 时黏度出现了突跃点。涂膜吸水率增加，是因为成膜助剂是一种暂时性增塑剂，加入量越大，同一时间挥发的量也越多。挥发之后残留于涂膜中的空隙也越多，这些空隙为水分的寄存提供了理想的场所。成膜助剂加入量为7% 时涂膜吸水率出现了突跃点。选择松节油的最佳加入量为6%。

2.3 增稠剂加入量对丙烯酸酯乳液性能的影响

增稠剂的主要作用是提高涂料的表观黏度，同时也赋予涂料触变性。建筑涂料生产中所使用的增稠剂可以分为有机系列和无机系列两大类。有机增稠剂在水性涂料中往往通过形成保护胶体而产生增稠效果，例如纤维素类增稠剂、聚乙烯醇类增稠剂和聚丙烯酸盐类增稠剂。室温条件下向纯丙乳液中加入增稠剂，其对丙烯酸酯乳液性能的影响见图5、图6。随着增稠剂加入量的增加，乳液黏度随之增加。原因是增稠剂具有很强的吸水能力，能立即吸收大量的水分，促使本身体积大幅度膨胀，使液相黏度显著增大，从而产生增稠效果。当加入增稠剂<0.4% 时，涂膜吸水率随增稠剂加入量的增加而增大，这是由于增稠剂是水溶性高分子，会使涂膜的耐水性降低，吸水率增大。但随增稠剂加入量继续增大，乳液黏度快速增加，涂膜吸水率没有很明确的变化规律。因此，增稠剂的加入量应尽量少，分子量应尽量的高。增稠剂主要影响涂料的黏度。增稠剂主要由羟乙基纤维素组成，在加入前要先搅拌均匀，加入后，要多搅拌一会，使其在乳液体系中分散均匀。