硅丙彩瓦乳液的研究与应用

随着水性涂料的发展及人们环保意识的增强,越来越多的行业出现了水性环保涂料,水性彩瓦涂料就是其中发展非常快速的一个品种。所谓水性彩瓦漆就是利用具有高光、高硬、耐候的聚合物乳液,与各种颜料和多种功能助剂配制制而成,通过高压喷枪将其喷在水泥沙浆混凝土制品上面的专用水性环保涂料。该涂料具有良好的防渗漆膜,使用后能够全面提高被涂装产品的装饰性和耐用性。由于彩瓦漆应用在室外,长期会受到雨水冲刷和太阳光的暴晒。所以对乳液的耐水性和耐老化性能就要求非常高。

江苏日出化工基团研发中心的建筑乳液项目组一直致力于高耐水性、高耐候性硅丙乳液的研究,我们采用国内外最新的多功能交联单体(LEG)及不含APEO的环保型乳化剂合成出适合用于生产水性环保彩瓦漆的硅丙乳液。

1实验部分
1.1实验原料
苯乙烯(St)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、多功能交联单体(LEG)、环保乳化剂(LA)、有机硅单体(A.17l及174)、硅单体防水解剂(LPH)、过硫酸铵(APs)、聚合稳定剂(M)、去离子水。

1.2合成工艺
采用半连续滴加聚合法,在乳化釜中加入部分乳化剂:去离子水搅拌分散均匀,然后加入配方量的单体快速搅拌进行预乳化,备用。反应釜中加入去离子水和剩余乳化剂搅拌并加热升温,当温度升到75℃时,取一定量的预乳化液和引发剂加入到反应釜中进行引发。当反应釜中出现蓝光后,引发结束,开始加热升温到84℃,然后开始滴加剩余乳化液和引发剂,控制反应温度在83~86℃之间,滴加时间控制在2 h左右。再保温l h并进行残余单体后消除处理,最后降温,调节乳液pH值,过滤出料。

1.3乳液性能测试
1.3.1固含量
称取2 g左右乳液放入已知重量的表面皿中,用分析天平称重(精确至0.000l g),置于120℃烘箱中2h后取出,冷却到室温,用分析天平称重,计算固体含量,用质量分数表示。

1.3.2吸水性
将乳液覆在洁净的聚酯膜上,自然干燥96 h待完全干燥成膜透明为止,并称量膜重量。再将胶膜置于去离子水中浸泡48 h,取出后吸净表面水分后称重,计算浸水后胶膜增量,以此表征胶膜的耐水性。

1.3.3表观,黏度
25℃,NDJ-1旋转黏度计甜转子进行测定。

1.3.4乳液稳定性
(1)机械稳定性:在大约为1000 ML的容器中加入约400 g左右已过滤的乳液,将其放在高速分散机上,用夹子固定,以2500 r/min分散0.5 h,再过滤,观察滤网是否有明显的絮凝物。
(2)冻融稳定性:将50 g试样装入约100 mL的圆筒塑料瓶中,放入-5℃士2℃低温冰箱中,18 h后取出,在23℃土2℃条件下放置6 h,反复操作3次后,打开容器,用玻璃棒搅拌,观察有无硬块、絮凝等现象。
(3)贮存稳定性:将500 g左右乳液样品装入合适的塑料或玻璃容器中,瓶内留有10%的空间,密封后放入50℃士2℃恒温干燥箱中,2周后取出在23℃士2℃下放置3 h,打开容器,观察有无分层、结皮、硬块及絮凝现象。
(4)稀释稳定性:将试样用蒸馏水稀释到不挥发物为3%妁.5%,然后将水分散液置于100 mL带塞量筒中,静置72 h后,观察是否有分层沉淀物。
(5)钙离子稳定性:在小烧杯中加入30 mL乳液,然后加入质量分数为0.5%的CaCl:溶液30 mL,搅拌均匀后置于100 mL带塞量筒中,48 h后观察有无分层、沉淀、絮凝等现象。
(6)乳液成膜耐水性:用湿膜制备器(100um将乳液均匀刮涂在干净的玻璃板上,25℃土2℃干燥24h,放入盛有去离子水的容器中观察涂膜变化。

1.3.5 pH值:pH计

1.3.6游离甲醛含量:按GB 18582.2001B

1.4应用
(1)水性彩瓦漆配方:
硅丙彩瓦乳液:600;X-405:1.5;SN-5040:4.0;铁红粉:150;AMP一95:1.5:水:233;TsP-01:1.0;TM—II:12~24;增稠剂9760:适量。
(2)耐湿擦牢度:将彩瓦漆喷涂在石棉水泥板上,室温干燥24 h后,放入水中浸泡10 min,然后取出,用手拿潮湿的纯棉府绸白布(用水将白布浸泡后轻轻拧干即可),在漆膜上用力反复擦洗,观察白布上沾色情况。
(3)耐水性能:GB/T 9755—2001。
(4)耐老化性能:GB/T 9755—2001,Uv2000紫外线耐候试验箱。
(5)漆膜光泽度:KGZ-1A光泽度仪。
(6)漆膜耐沾污性:GB/T 9755—2001。

2结果与讨论
2.1乳液物理性能检验

2.2聚合单体的选择
丙烯酸单体分为软单体和硬单体,使用不同性能的单体加以组合,可以综合各自的特点合成出符合性能要求的产品。甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯属于硬单体,玻璃化温度高,硬度高、光泽性好、耐摩擦性能好,但弹性差;而丙烯酸丁酯和丙烯酸乙酯属于软单体,弹性好、耐热性好,但光泽、耐沾污性和耐擦洗性能差。丙烯酸和交联剂LEG属于功能单体,能提高附着力、胶膜拉伸强度、耐溶剂和耐油性能。笔者根据实际情况,.确定适合用于彩瓦漆的乳液玻璃化温度在3肛35℃之间,此时漆膜光泽度高、硬度高、抗沾污性能好。

2.3功能单体AA的影响
合成粘合剂时引入亲水性单体丙烯酸,可以大大提高粘合剂成膜性能。这是因为丙烯酸分子中的羧基是强极性基团,它与水分子间的氢键作用使得乳液粒子表面形成一层水化层,在焙烘时粒子问的相互靠近受到阻碍,因而减缓了乳液成膜速率。随着丙烯酸用量的增加,粘合剂的失水速率减缓,从而降低了乳液的干燥成膜速度。由于彩瓦漆都要求快干,所以丙烯酸的量不能过多。另外丙烯酸的加入,还有利于乳液合成的稳定性。这是由于丙烯酸的羧基是强极性基团,带有负电荷,可以使乳胶粒子外层具有静电荷,由于静电排斥作用,防止乳胶粒子聚集,从而使乳液稳定性提高。同时增加丙烯酸的用量也可以使漆膜展色性提高,但随着丙烯酸用量增加,乳液中和后体系的黏度会提高,因此确定丙烯酸的用量为单体量的2%一3%。

2.4交联剂LEG的影响
为改善涂料漆膜的湿摩擦牢度和耐水性能,在合成乳液时加入交联单体LEG。LEG是多官能团单体,在乳液成膜时可以常温交联,增加其含量可以使粘合剂分子链的网络结构变得致密,膜的机械性能提高,表现为对基层的附着力提高,漆膜的湿摩擦牢度和耐水性能也相应提高。但由于交联剂LEG价格非常高,用量增加,成本也相应提高,我们确定其用量为单体量的1%-2%。

注:从2007年9月至现在(发稿日期2008年3月)还没变化,现在漆膜还浸泡在水中,仍在继续观察变化。

2.5聚合稳定剂的影响
乳液聚合的后期,由于体系的黏度增加,反应热不能及时散出,造成聚合速度加快,往往会出现絮凝、挂壁、抱轴等现象。出料的时候会有大量聚合渣子,造成出料过滤困难而影响产品的质量。笔者在乳液聚合时加入聚合稳定剂M,它是一种反应型的乳化剂,由于含有双键,可参与乳液共聚,与聚合物形成共价键,增加乳液的抗絮凝性能,提高聚合时的稳定性。而且由于它是一种反应型的乳化剂,可以代替部分乳化剂,减小乳化剂用量,能提高胶膜耐水性和耐擦洗性。但由于其价格昂贵,用量增加,成本也相应增加。我们确定其用量为单体的0.5%-1.0%。

2.6硅单体防水解剂(LPH)对彩瓦漆膜光泽度的影响
表5有机硅单体以及LPH含量对乳液性能的影响

在聚合中加入有机硅单体不但能提高漆膜的耐水性,同时也提高漆膜的耐老化、附着力、耐擦洗等性能。但是因为有机硅单体由于容易水解,如果有机硅单体量加多了,不但聚合反应时容易出渣,而且还会造成漆膜的光泽度下降。因此在聚合中加入防止有机硅单体水解的LPH,不但能提高聚合的稳定性,使聚合出渣量降低,而且能够减少漆膜的光泽度下降。我们确定有机硅单体及LPH用量均为单体的0.5%一1.O%。

2.7硅丙彩瓦乳液配制成彩瓦漆的性能检测

2.8产品环保检测
我公司生产的硅丙彩瓦乳液经过有关部门检测:甲醛含量8 mg/KG(标准为<20 mG/KG,APEO含量没有检出(检出限为5 mG/KG,所以该产品达到环保要求。

3结论
采用国内外最新的多功能交联单体(LEG)及不含APEO的环保型乳化剂,合成出用于生产水性环保彩瓦漆的硅丙乳液。通过对其进行全方面的性能检测,结果表明:该硅丙彩瓦乳液综合性能优异,其特点如下:①具有良好的防渗漆膜,使用后能够全面提高被涂装产品的装饰性和耐用性:②色彩丰富、漆膜平整、丰满光亮、硬度高,保光耐候性、耐沾污、耐水泡性、着色遮盖力强,展色均匀;③具有优良的流动性、流平性和快干性;④具有优异的户外耐久性,良好的附着力和防霉、防藻性。该硅丙彩瓦乳液可用于涂装混凝土表面及水泥混凝土机制瓦、陶制瓦、琉璃瓦、瓷瓦、玻纤石棉瓦,以及外墙防水和建筑物的旧瓦面翻新涂装。

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注