聚合工艺对室温交联丙烯酸乳胶漆性能的影响

张梅, 尹延柏, 文生雷, 唐林生 (青岛科技大学化工学院, 266042)

0 引言

交联是改善乳胶漆耐水、耐热、耐污以及机械强度等性能的重要手段。室温交联因不需烘烤, 使用方便而受到重视。文献报道, 采用双丙酮丙烯酰胺( DAAM )作为交联单体, 多元酰肼(主要为己二酰肼)为交联剂的室温交联乳胶漆具有优良的耐水性、耐污染性和耐候性。国外某公司一直在国内推广该交联乳胶漆, 所推荐的乳液聚合工艺是采用反应性乳化剂的无皂乳液聚合工艺。为此, 本文对采用该聚合工艺制备以DAAM 为交联单体, 己二酰肼为固化剂的室温交联丙烯酸乳胶漆进行了研究, 并与采用微皂和常规乳液聚合工艺进行了比较。

1 实验部分

1. 1 原料

实验中所用主要原料见表1。
实验所用主要原料

1. 2 含羰基丙烯酸乳液的合成

无皂乳液聚合所用反应性乳化剂为RN – 30 和HS – 10 的复合物。微皂乳液聚合所用乳化剂为DSB。常规乳液聚合所用乳化剂为OP – 10和DSB的复合物。无皂乳液、微皂乳液和常规乳液的典型配方分别列于表2~ 4。3种乳液的单体配方相同, 列于表5。乳液聚合的操作步骤参照文献。

1. 3 室温交联乳胶漆的配制

室温交联乳胶漆的配方列于表6。将二氧化钛、分散剂和去离子水放入500mL的砂磨机中研磨1 h,之后用200目筛网过滤, 所得白浆加入乳液、固化剂、成膜助剂和消泡剂, 搅匀, 最后用少量增稠剂增稠至黏度60 s得产品。

1. 4 乳液及涂料的性能测试

乳胶的粒径及粒径分布采用英国Ma lvern公司生产的Ze tasizer 3000HS激光粒径仪测定, 分别测定Z-均粒径、数均粒径和体均粒径, 用dz、dn 和dv表示。测定温度为25℃ 。表面张力采用吊环法测定。所用设备为德国D ataphysics公司生产的DCAT21型表面/界面张力测定仪。乳液的起泡性按以下步骤测定: 取2 g 乳液和10 g去离子水, 放入长20 cm 的比色管中, 强烈振荡1 m in, 静置, 记录泡沫的高度, 一般重复3次。其他性能的测定方法参考文献[ 7]和[ 8]。

2 结果与讨论

2. 1 DAAM 用量对涂膜性能的影响

DAAM为交联单体, 其用量决定了涂膜的交联密度和性能, 采用常规乳液聚合工艺考查了其用量对室温交联乳胶漆性能的影响(见表7)。表7中的数据表明, 加入DAAM 可明显改善涂膜的光泽、耐溶剂性(交联度提高意味着涂膜耐甲苯等溶剂的性能提高)和硬度(玻璃化转变温度提高)。随着DAAM 用量增加, 涂膜的耐溶剂性、耐水性(见图1, 用乳胶膜的吸水率表示膜的耐水性, 吸水率愈大, 膜的耐水性愈差)明显提高。DAAM用量约为总单体质量的6.5%时, 涂膜的性能最好。通过实验确定DAAM 用量为总单体质量的6.5%。

2. 2 聚合工艺对乳液性能的影响

典型无皂乳液、微皂乳液和常规乳液的性能见表8。

表8中的结果表明, 微皂乳液聚合的聚合稳定性和乳液的化学稳定性较差, 无皂乳液聚合的聚合稳定性略差于常规乳液聚合。无皂乳液乳胶粒粒径最细,但粒度分布较宽, 微皂乳液和常规乳液乳胶粒的粒径接近, 稍粗于无皂乳液, 但粒径分布窄(详见表8和图2)。常规乳液的固含量较高, 而无皂乳液的固含量较低, 微皂乳液的固含量介于两者之间。

2. 3 聚合工艺对乳胶膜耐水性的影响

图3为聚合工艺对乳液胶膜耐水性的影响。
聚合工艺对乳胶膜吸水率的影响

图3中的结果表明, 无皂乳胶膜和微皂乳胶膜的吸水率明显低于常规乳胶膜, 表明无皂乳胶膜和微皂乳胶膜的耐水性好于常规乳胶膜。实验还发现, 常规乳胶膜48 h吸水率也只有10% 左右, 耐水性能优异,表明交联明显地提高了乳胶膜的耐水性(常规非交联乳胶膜48 h吸水率大于20% )。耐水性是所有乳液型产品最重要的性能指标之一, 从这点考虑, 以DAAM为交联单体, 己二酰肼为固化剂的室温交联丙烯酸乳液显示出良好的应用前景。
2. 4 聚合工艺对乳液表面张力及起泡性的影响

表9为聚合工艺对乳液表面张力及起泡性能的影响。

如表9所示, 无皂乳液、微皂乳液、常规乳液的表面张力依次降低; 相应地, 它们的起泡性依次升高。由此可见, 采用无皂乳液聚合和微皂乳液聚合有利于解决乳液型产品在生产和施工过程中易产生泡沫的问题。