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0 前 言
乳化剂在乳液聚合中用量虽然很少,却起着重要作用,对单体的聚合速率、乳胶粒子大小和分布、乳胶粒的性质等有很大影响。传统乳化剂虽然品种齐全、数量多,但由于其分子在聚合物膜中呈游离状态,容易解吸并可迁移到胶层表面,从而导致多种缺陷,如产品稳定性差、影响成膜速度、影响聚合物及膜的性能、容易造成环境污染等[1-3]。反应性乳化剂在聚合过程中以共价键的方式与高分子链结合,这种强烈的键合使乳化剂分子在聚合物存放、使用时不会发生迁移、解吸,因此能有效地改善聚合物的稳定性及其膜的性能；水相几乎不残留乳化剂,可加快成膜速度,避免产生泡沫,且环境污染小等[4-5]。而聚合物性能的提升也更有效地推动了水性木器涂料的快速发展。
反应性乳化剂在聚合中表现出的优异特性已经引起了国内外学者们广泛重视,经过多年发展,很多反应性乳化剂已经商品化,并被逐渐应用推广到乳液聚合当中。但是为了达到好的乳化效果,反应性乳化剂产品结构中一般含有一个较长的亲油链,这是由于其亲油链长,可以较容易形成稳定的预乳化混合物和乳胶粒,正因如此一些反应性乳化剂产品在设计时都添加有苯基、壬基酚等基团[2]。而含壬
基酚等基团的物质对环境有严重影响,属被国际环保组织取缔、严禁使用的化学成分。所以随着国际环保法规的强制贯彻执行,以及人们环保意识的不断提高,反应性乳化剂的发展趋势必定是向着低环境污染的环保型功能性产品发展。本文将系统介绍环保型阴离子反应性乳化剂AD E K A R E A S O A PS R-10(以下简称为S R-10)和非离子反应性乳化剂ADEKA REASOAP ER-30(以下简称为ER-30)的结构、性能及其对水性木器乳液性能的影响,并提供解决提高聚合物乳液耐水性、化学稳定性等综合性能的具体方案。
1 环保型反应性乳化剂SR-10、ER-30的结构与性能
作为反应性乳化剂S R-10、E R-30在拥有环保性能的同时,还必须具备优秀的乳化能力、不降低赋予聚合物膜的各种物性(耐水性、粘接性、耐候性等)、能够获得较低的起泡性等。所以通过引入一个特殊的烷基取代了壬基酚基团,并达到了较理想效果。
1.1 环保型反应性乳化剂SR-10、ER-30的结构
1.1 环保型反应性乳化剂SR-10、ER-30的结构
环保型反应性乳化剂S R-10、E R-30的结构如图1所示。
1.2 环保型反应性乳化剂S R-10、E R-30的性能和选取依据
表1列出了日本株式会社ADEKA环保型反应性乳化剂产品E R非离子系列与S R阴离子系列的基本物性。通常反应性乳化剂是指分子结构中同时含有亲水亲油的乳化基团和可发生聚合反应的功能基团的一类乳化剂。由表1和S R-10、E R-30的结构可以看出,环保型反应性乳化剂S R-10是一支含有亲水性铵盐基团、较长C链亲油基(烷基R和环氧乙烷附加摩尔数为10)；E R-30是一支含有较长C链亲油基(烷基R和环氧乙烷附加物质的量为30)和端烯丙基的反应性乳化剂,可以初步判断其具备作为反应性乳化剂的基本条件。
从乳化功能而言,反应性乳化剂与传统乳化剂一样,在乳液聚合中要具备良好的乳化、分散和形成胶束等重要作用。一般乳化剂溶液(质量分数为0.001%～5.0%)的表面张力为(30～50)×10-3N/m时,就能用于乳液的聚合中。在25 ℃,通过Wilhelmy plate方法测定的反应性乳化剂溶液的表面张力曲线如图2所示。
从图2可以看出,环保型反应性乳化剂S R-10、ER-30完全可满足乳液聚合的要求。
2 环保型反应性乳化剂S R – 1 0 、
ER-30对水性木器乳液聚合的影响
2.1 单独使用2.5%不同阴离子乳化剂对水性木器
乳液聚合体系的性能对比分析(见表2）
通过表2的数据可以看出,S R-10作为环保型反应性乳化剂得到的聚合物耐水性非常优异,且能达到原来非环保型反应性乳化剂S E-10N的相近性能并优于其他两种乳化剂,特别是明显优于非反应性乳化剂N E S-60N；而S R-10的乳液聚合物凝胶量与环保型反应性乳化剂K1的凝胶量基本相同；
S R-10的乳液聚合物黏度(流动性)、固含量(收率)与其他两支反应性乳化剂也比较相近。单体为B A/M M A/A A(丙烯酸丁酯/丙烯酸甲甲酯/丙烯酸) ,以非环保型非反应性乳化剂(N E S-60N)和环保型反应性乳化剂(S R-10)作乳化剂的聚合物涂膜在5 0 ℃时耐水性的检测结果如图3所示。由图3可以看出,N E S-60N的乳液涂膜经过50 ℃的水浸泡后明显发白,而S R-10的乳液涂膜的浸泡后仍然透明,因此很好地证明了环保型反应性乳化剂(S R-10)的乳液涂膜的耐水性能要比非环保型非反应性乳化剂(N E S – 6 0N)的乳液涂膜强很多。如图3所示。
2.2 单独使用2.5%S R-10和采用变量S R-10及变量ER-30混配对水性木器乳液性能影响的分析
依据表3可以分析得出单独使用2.5%阴离子反应性乳化剂S R-10合成的水性木器乳液体系耐水性优异但化学稳定性很差；而当减少阴离子反应性乳化剂S R-10用量,增加非离子反应性乳化剂E R-30用量以保持总乳化剂量不变,让S R-10:E R-30比例达到1.5:1时体系凝胶率较高,可判断阴离子反应性乳化剂用量过低聚合结果将不很理想；当S R-10:E R-30比例达到2:1时体系相关性能优异且化学稳定性处于刚符合低标准,能说明非离子反应性乳化剂对于乳液化学稳定性的重要影响；同时表3还设计了逐步增加非离子反应性乳化剂E R- 3 0用量的乳化剂搭配体系,通过数据可以分析得出随非离子反应性乳化剂用量E R-30增加(体系总乳化剂用量同样增加)体系化学稳定性明显增加；并且对比表3中单独使用2.5%阴离子反应性乳化剂S R-10与S R-10:E R-30比例达到2:3乳液体系的黏度、凝胶率、耐水性等也有明显差异,S R-10:ER-30搭配体系性能更突出。
综上所述,S R-10作为环保型反应性乳化剂得到的聚合物耐水性非常优异,但单独使用化学稳定性差；E R-30作为环保型非离子反应性乳化剂在乳化剂复配应用方面的调整对于水性木器乳液综合性能产生显著影响。笔者建议为提高环保型水性木器乳液性能的聚合物研究者,不能简单通过使用环保型阴离子反应性乳化剂代替非反应性乳化剂来满足乳液高耐水要求的乳液聚合方法,而应采用在适量
阴离子反应性乳化剂基础上复配更多非离子反应性乳化剂来提高乳液体系的整体性能,从而全面提升水性木器涂料的质量。
3 结 语
环保型反应性乳化剂S R-10、E R-30系列产品可以对更全面地完善和提高乳液聚合物性能起到重要的作用,而反应性乳化剂将使乳液聚合有创新性变革,反应性乳化剂的应用开发技术将使乳液聚合物性能不断提升,其应用前景将越来越宽广。当前我国涂料、胶粘剂、油墨等许多行业正迅猛发展,对应的乳液聚合物生产企业已有一些形成了规模化生产,开发和制造高性能的乳液聚合物也已是必然趋势,而通过选用高起点的环保型反应性乳化剂,抓紧对该领域的应用研究与开发,相信我国的乳液聚合物生产企业一定可以实现提高乳液聚合物产品质量、缩小与国际大公司聚合物产品性能上的差距。
