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0 前 言
随着经济的高速发展，人民生活水平与文化水平不断的提高，人们对日常建筑的内外装饰的关注度越来越高。因此现在住房无论大小几乎都会进行装修，其中涂料装饰占有重要的地位。但是这些装饰的涂料经过长时间的老化、侵蚀会导致表面出现开裂、粉化甚至剥落，为了效果美观就必须进行装饰重建或者重新装修，其中重新装修占据较大部分。重新涂刷装修就必须处理墙面，否则难以二次涂刷，一般处理墙面需要将墙面表层铲掉并且清洗干净，然后按照装饰工艺进行施工，这种处理费时费力。如果有一款底漆乳液，能够直接作为底漆刷涂，对粉化的墙面进行固化，使基底有足够的强度进行重涂，能够使得重涂更方便快捷，省时省力又经济环保。市面上现有的底漆在此应用方面，往往在墙面上可以形成保护层，但是很容易再次脱落，无法为下一道工序提供附着点进行重新涂装。
本文主要对普通苯丙乳液进行环氧改性研究，利用环氧的高渗透特性、耐化性，以及特殊乳化剂的特性，结合苯丙乳液本身的成膜保护性，赋予普通苯丙乳液特殊性能，达到重涂底漆的要求。
1 环氧改性原理
市面上常用的双酚A型环氧树脂是整个环氧树脂中使用占比较多的，这主要是由于双酚A型环氧树脂上含有多种可参与聚合反应的基团，包括环氧基、醚键、羟基等，而这些基团具备强极性或抗化性，能够赋予被改性树脂以特殊性能。
现在的环氧改性方法分为两种：方法一为物理改性，常用乳液共混的方法进行制备，但是此种改性在贮存方面往往会出现分层、胶化的现象，不利于长期应用；方法二为化学改性方法，化学改性主要分为酯化法和自由基接枝法。酯化法主要通过氢离子极化环氧，进而利用酸根离子进攻环氧环，使其开环酯化，也就是将羧基引入环氧树脂中获得水溶性，或者引入双键进而聚合到丙烯酸树脂链中得到环氧改性丙烯酸水性共聚物，酯化反应示意图如图1所示。
自由基接枝法，利用环氧醚键邻位的α-H原子与叔碳氢原子相对来说比较活泼，在引发剂下产生自由基，进而引发丙烯酸酯类单体接枝聚合，此种方法可以得到稳定性好的环氧改性丙烯酸树脂，本文就采用此方法。自由基接枝反应示意图如图2所示。
2 实验部分
2.1 实验原料
去离子水；苯乙烯(St)；丙烯酸丁酯(BA)；丙烯酰胺(AM)；丙烯酸(AA)；交联单体；阴离子乳化剂，AEROSOL A-102；磷酸酯类乳化剂，RHODAFAC RS-610、RHODAFAC RS-710，广州市煦和贸易；羧酸类含氟表面活性剂，S103，哈尔滨雪佳氟硅化学；双酚类环氧树脂，E20(环氧值0.18～0.22 eq/100 g)、E44(环氧值0.42～0.47 eq/100 g)、E51(环氧值0.48～0.53 eq/100g)，湖南岳阳巴陵石化；过硫酸盐、氨水等，均为市售工业品。
2.2 实验器材
搅拌机，上海新浦电器；电子天平，天津德安特电子天平；水浴锅，北京科学电器；自动温控仪，东莞市莞城金裕仪器；可调蠕动泵，LongerPump，兰格恒流泵；5 000 mL四口烧瓶、冷凝管、温度计、软管、烧杯若干，四川蜀玻。
2.3 聚合工艺
本实验采用半连续聚合工艺合成。
具体工艺如下：
预乳化：将乳化剂和水混合搅拌，当乳化剂完全溶解后，缓慢加入配方中的单体和相关的助剂，加完后继续搅拌一段时间形成乳化液备用。
滴加反应：将部分的水和乳化剂加入反应釜，升高温度并搅拌使其充分溶解，当温度升高至规定温度，加入部分预乳化液，同时加入部分溶解好的过硫酸盐进行引发，反应0.5 h，然后在规定时间内将剩余的预乳化液按照一定的速度加入反应釜，同时要维持温度稳定，滴完后保持稳定温度一段时间使得反应充分。
后消除：将温度降低到合适范围，加入溶解好的氧化剂和还原剂将未反应的单体消除掉。
调和成品：进一步降低温度至常温后用pH值调和剂调整pH值至7.5～8，然后过滤获得成品。
2.3.1 乳液基本配方(见表1)
2.3.2 乳化液制备以及合成步骤
在烧杯中加入去离子水600份，加入配方量的乳化剂20～60份，充分搅拌溶解，然后依次缓慢加入环氧树脂(用200份苯乙烯溶解)30～100份、剩余苯乙烯(总计300～500份苯乙烯)、丙烯酸丁酯400～600份、丙烯酰胺15份、羧基亲水物质30份、交联单体5份，过硫酸盐6～20份，加完后继续搅拌分散30 min备用。用300份去离子水将剩下的1～10份阴离子型乳化剂溶解后，加入四颈烧瓶中，同时装上冷凝管和温度计，搅拌边并且升温至87 ℃。加入5%的预乳化液，等待温度升高到87 ℃后，加入先溶解好的浓度5%的过硫酸盐水溶液20份，保温30 min，然后在3 h内滴完剩余的预乳化液温度控制在(88±1) ℃。滴完继续保温1 h，降温至70～75 ℃，同时滴加分别用10份去离子水溶解好的叔丁基过氧化氢和亚硫酸氢钠60 min，再保温10 min，然后降温至50 ℃以下用氨水调pH值至7.5，过滤出料。
2.4 性能测定
根据GB/T 210—2007《建筑内外墙用底漆》测试底漆附着力、抗泛碱(按照可以通过的最长时间计算)、抗盐析、透水性。底漆测试配方如表2所示。
渗透加固测试：将腻子粉和800目重钙按照10∶1比例混合后作为基材腻子模拟微粉化基材，批刮后干燥2 d，然后将测试底漆辊涂至平整的腻子层上，表干后贴上美纹纸，每隔1 h进行撕扯破坏试验，将破坏的等级分为5级(1—完全没有破坏，2—轻微破坏，3—部分破坏，4—严重破坏，5—完全破坏)，对比渗透加固的性能。
3 结果与讨论
3.1 环氧树脂种类对底漆性能的影响
用普通阴离子乳化剂A102作主乳化剂进行实验，因为不同的环氧树脂，其环氧当量和分子量是不同的，会直接影响环氧在聚合中的接枝率，进而影响乳液稳定性。根据表3结果分析，环氧树脂由于具备环氧官能团，能够提高抗碱性能，但是E20由于是固体并且分子量相对较大，接枝效率一般，凝胶较多，渗透加固效果稍差；而E51分子量相对较小，接枝后对分子链结构影响较大，进而影响成膜性，导致透水性变差；因此E44效果相对是最合适的。
3.2 环氧树脂用量对底漆性能的影响
用环氧树脂E44进行合成实验，根据表4结果分析，不同的用量对苯丙乳液改性的效果是有差异性的。随着环氧树脂用量的增加，底漆性能有所提升，当增加到8%以后变化较小，再增加由于部分环氧未完全反应而影响成膜导致透水性变差，同时考虑性价比，环氧树脂用量控制在8%效果最优。
3.3 乳化剂种类对底漆性能的影响
研究乳化剂影响的时候不考虑环氧因素。不同乳化剂由于结构的差异，聚合到乳液中后会呈现不同的性能差异，进而对涂料性能产生影响。根据表5结果分析，磷酸酯乳化剂由于其特殊的结构，能够提高乳液的润湿分散效果，同时能够增强分子之间的氢键，因此可以提高对基材的附着力和渗透性加固性。而含氟乳化剂，由于特殊氟元素官能团能够提供较强的抗化学性和低表面张力，因此在渗透加固和抗碱性方面有优势，因此磷酸酯类乳化剂和含氟乳化剂都是较好的选择。
3.4 不同乳化剂用量对底漆性能的影响
研究乳化剂用量不考虑环氧因素，根据上述乳化剂种类结论考虑用磷酸酯乳化剂R610搭配含氟乳化剂S103搭配(2∶1)进行合成，根据表6结果分析，当乳化剂用量较低的时候，合成凝胶较多，并且在配漆的时候稳定性较低；乳化剂增加能够提高乳液的润湿分散效果，从而提高对粉料的包裹，提高渗透性加固性能。但是当乳化剂过多的时候会影响涂膜的吸水导致性能下降，同时对乳化剂过多产生较多的游离乳化剂成膜后析出影响涂膜附着力，同时从成本考虑不经济，因此乳化剂用量3%最适宜。
3.5 不同引发剂用量对底漆性能的影响
引发剂的用量对底漆的性能影响相对较小(见表7)，但是当引发剂低于0.7%的时候，发现环氧树脂在聚合中有较多的E44未参与反应，影响聚合效率，引发剂需要在0.9%以上才能够达到较好的聚合效率，但是过多的引发剂会导致反应后的残余离子过多，进而影响乳液的稳定性，因此引发剂在0.9%最为合适。
3.6 不同酸对底漆性能的影响
羧基的存在能够提供交联点，同时提高乳液的稳定性以及对粉料的润湿分散性，但是不同的羧基可以以不同的分子结构存在，其中不同的酸处于不同的结构中。根据表8结果分析，丙烯酸和甲基丙烯酸各方面性能体现较好，但是甲基丙烯酸在聚合中凝胶较多，并且环氧树脂的反应率降低；衣康酸在反应中凝胶较多，并且吸水性变差，主要是衣康酸相对较亲水，影响涂膜吸水性；因此采用丙烯酸最适宜。
3.7 最优配方比效果
综合考虑上述研究，配方中关键因素确定为：采用磷酸酯类乳化剂R-610和含氟乳化剂S103搭配(质量比2∶1)，共占总单体量3%；环氧树脂E44，占总单体量8%；引发剂占总单体量0.9%；丙烯酸体系；可以达到非常好的效果，见表9。
4 结 语
(1)普通的苯丙乳液采用环氧树脂改性可以提高抗泛碱和渗透加固性能，采用占总单体量8%环氧树脂E44效果最佳。
(2)对比乳化剂种类，磷酸酯类乳化剂和含氟乳化剂能够提高底漆抗泛碱和渗透加固性能，综合性价比考虑，乳化剂采用磷酸酯类乳化剂和含氟乳化剂搭配最佳。
(3)综合考虑环氧改性体系的稳定性以及性价比，乳化剂用量占总单体量的3%为最佳。
(4)在引发剂用量方面，考虑稳定和聚合效果，控制占总单体量0.9%为最佳。
(5)综合上述，以及进行实验验证，普通苯丙乳液，经过环氧改性和乳化剂的搭配，根据GB/T 210—2007《建筑内外墙用底漆》测试，性能优异，同时在渗透加固性能方面能够达到非常好的效果，达到旧基材翻新时需要的渗透加固要求。
