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0 概述
建筑涂料的发展总体趋势是环保化、高性能化和功能化。水性涂料取代传统溶剂型涂料是大势所趋。但与传统的溶剂性涂料相比，耐沾污性是乳胶涂料的最薄弱环节之一。据调研，由于我国空气质量普遍较差，尤其是粉尘及悬浮颗粒含量严重超标，对涂膜的抗沾污能力提出了很高的挑战。涂层耐污染能力不足是制约我国外墙涂料推广应用的首要技术难题。即使在发达国家如日本、德国等，考虑到重新涂刷翻新带来的成本问题以及空气环境质量的下降，近年来外墙涂料耐沾污性也备受重视。可以说，涂膜耐沾污性已成为国内外涂料界所共同关注的问题。丙烯酸酯乳液原料由于具有成本较低、涂膜柔性好、透气性好、具有优异的保色性、优良的耐光性及耐户外老化性能等优点成为目前用量最大的建筑涂料品种，但耐沾污性较差也成为其应用推广过程中面临的难题。采用先进的乳液合成技术提升乳胶涂料综合性能是近年来乳胶涂料研究的热点。本文主要针对改善丙烯酸系外墙乳胶涂料的耐沾污性展开研究，采用核壳乳液聚合技术合成具有异相结构的乳胶粒子，提高乳液的抗沾污能力。
1 核壳乳液的设计思路及其在改善外墙乳胶涂料耐沾污性方面的应用
核壳聚合物是通过多步复合乳液聚合方法合成的具有特殊结构的共聚物。核壳聚合物乳胶粒子的内层和外层分别富集不同的成分，显示出特殊的双层或多层结构，核层和壳层聚合物分别具有不同的特性。这也是核壳乳液最具优势的特点，许多学者对核壳乳液聚合进行了大量研究。Okubo等人对核壳乳液的形态机理等方面的研究进行得较早，他们在分子设计的基础上提出了“粒子设计”的新概念。由于种子乳液聚合常常得到具有核壳结构乳胶粒的聚合物乳液，所以也常常将种子乳液聚合称为“核壳乳液聚合”。也就是说，采用种子乳液聚合法，在不改变乳液单体组成的情况下(这意味着原料成本不会提高太大)，通过控制聚合反应的条件，可以改变乳液粒子结构，从而提高聚合物乳液的性能。由于核壳结构乳液通常是由性质不同的2种或多种单体在一定条件下按阶段聚合而得到的，因而可根据需要对乳胶粒子进行结构设计，以便得到一系列不同组成和不同形态的非均相乳胶粒子，赋予核壳层各不相同的功能，得到不同性能的聚合物乳液。核壳乳液成膜后，其壳层聚合物主要覆盖在涂膜的表面，而核层聚合物则在内部聚结成连续相，基于这种成膜特点，我们可以有目的地改变核层或者壳层单体的性质，达到改进：除膜性能的目的。
近年来核壳乳液产品以其优异、独特的性能在外墙涂料领域得NT广泛的应用。采用核壳乳液配制乳胶涂料，对提高乳胶涂料的耐沾污性能方面的作用有：(1)解决玻璃化温度和最低成膜温度之间的矛盾；(2)控制涂层表面的功能特性；(3)提高涂料耐温变性。
2 乳胶粒子类型对涂料性能的影响
在相同配方相同工艺的条件下，采用自制乳胶粒子为内硬外软、内软外硬和常规均相3种类型乳液( =32．7℃)制备外墙涂料，研究乳胶粒子类型对外墙涂料性能的影响，试验结果如表1所示。
由表1可见，相同的单体配方合成MgL液，乳胶粒子为核壳结构的，比乳胶粒子为常规均相的乳液所配制的外墙涂料的附着力好，硬度稍低。因为相对于玻璃化温度较高的均相乳胶粒子的成膜硬度，内硬外软型乳胶粒子成膜后，壳层较软的聚合物覆盖在涂层的表面使硬度较低；而内软外硬型的乳胶粒子在成膜后，核层的软相为涂层提供了一定的弹性，使涂膜的整体硬度较低。比较内硬外软型和常规均相型乳胶粒子对外墙涂料性能的影响可见，乳胶粒子为核壳结构的乳液配制的外墙涂料的耐沾污性和附着力都比常规均相的乳液配制的好，尤其是成膜性能、耐沾污性明显优异很多。首先，由于内硬外软型乳液壳层是玻璃化温度较低的聚合物( 一22℃)，使涂料的室温成膜性能较好，涂膜表面光滑致密。另外，成膜后乳胶粒子的硬相，又使涂层硬度较大，抗高温回粘性能较好，所以内硬外软型乳液所配制的外墙涂料的常温和高温耐沾污性能都很优异。相反，由于乳胶粒子的总体设计的玻璃化温度较高，使常规均相乳液配制的涂料的室温成膜性能较差，同时存在高温回黏现象，造成耐沾污性明显下降。
3 壳层单体性质对外墙涂料性能的影响
外墙涂料的成膜过程，首先是乳液水份挥发，然后乳胶粒子的壳层聚合物聚结形成连续相覆盖在涂层的表面，所以壳层单体性质对乳液性能的影响很大。其他工艺参数和配方不变，在乳液壳层聚合过程中，引入功能性单体丙烯酸(AA)，用制得的乳液配制外墙涂料，研究乳液中功能性单体丙烯酸掺量对外墙涂料性能的影响(见图1、表2)。
由图1可见，在乳液中引入功能性单体AA， 对所配制的外墙涂料的耐沾污性有明显影响。内硬外软型乳液配制的外墙涂料，在未引入AA单体前其室温、高温的耐沾污性都较好；引入少量AA后，使外墙涂料的耐沾污性有所降低。这是因为引入AA单体后，在壳层聚合物的侧链上引入了活性基团羧基，增加了涂膜表面的极性，使涂膜容易沾附和吸入灰尘，耐沾污性能降低。由表2可见，在内硬外软型乳液的壳层引入2％AA后，涂料黏度下降：但随着AA引入量的进一步增加，涂料黏度又增大。因为少量的从可以起到助乳化剂的作用，使黏度降低，但随着AA用量的增多，越多的羧基趋于粒子表面，由于羧基在界面区间相互排斥，而使大分子链由卷曲状态变为伸直状态，而使得乳液的黏度增大，也就使所制备的外墙涂料的黏度增大。另外，在乳液的壳层引入的AA，也即在壳层聚合物的侧链上引入了活性基团羧基，涂料成膜后这些活性基团分布在涂层的表面，可以与基层表面的极性基团发生配位反应或形成氢键，从而提高其附着力。另外，由于引入了丙烯酸，使壳层聚合物体系的交联点增加，使涂料成膜更加致密，涂膜交联强度增大，因此，引入丙烯酸后外墙涂料的吸水率降低，耐水性和耐洗刷性提高。但是由于引入羧基的强极性和强亲水性，当引入的量增大到4％时，涂层的吸水率也有所增大。
综合各项性能指标，乳液壳层聚合过程中，从的加入量为单体总量的2％左右时较好。
4结语
涂料耐沾污性测试结果显示了核壳乳液在改善外墙涂料耐沾污性方面的优势。核壳乳液所制备的外墙涂料耐沾污性优于相同配方常规均相型乳液的好，尤其是内硬外软型乳液的理论玻璃化温度可以设计较高(Tg=32．7℃)，而所配制的外墙涂料在常温情况下，仍然可以良好成膜，耐沾污性优良。这是由于内硬外软型乳液乳胶粒子的壳层是玻璃化温度较低的聚丙烯酸乙酯(强一22℃)，使涂料的室温成膜性能较好，涂膜表面光滑致密；成膜后乳胶粒子的硬相，又赋予涂层表面较大的硬度，使涂层抗高温回粘性能较好，配制的外墙涂料具有优异的常温和高温耐沾污性。这一研究对改善丙烯酸酯乳液耐沾污性能及丙烯酸系核壳乳液耐沾污外墙涂料的研发具有重要意义。
