苯丙乳胶涂料的制备

苯丙乳胶涂料的制备
张树鹏1, 2 , 傅相锴1, 2 , 傅 宏3
1. 西南师范大学化学化工学院, 重庆400715; 2. 重庆应用化学市级重点实验室, 重庆400715;3. 重庆渝北中学, 重庆401120

建筑乳胶漆在中国建筑漆中已成为主要产品.但是乳胶漆大量用于建筑在中国走了很长的路.距今已有45年的历史.45年间乳胶漆的发展经历了3次高潮[1].目前,作为建筑乳胶漆用的乳液,在我国开发生产的有:聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯一顺丁稀二酸二丁酯共聚乳液、醋酸乙烯一丙稀酸酯共聚乳液、氯乙烯一偏氯乙烯共聚乳液、苯乙烯一丙稀酸酯共聚乳液、纯丙稀酸酯共聚乳液以及醋酸乙烯一叔碳酸乙烯酯共聚乳液等.因为在合成工艺和性质上的优越性以及价格相对较低的原因,苯乙烯一丙稀酸酯共聚乳液在各种乳胶漆的调制上得到了广泛的应用L2].

通常的溶剂型涂料在合成中使用了不同品种、不同数量的有机溶剂,主要成膜物溶解为稀薄的溶液,利于涂料的施工.但溶剂易燃、有毒、污染环境,且经济上造成一定的浪费,各国都在尽量减少有机溶剂在涂料中的使用.但是苯丙乳胶涂料是一种水溶性的乳胶漆.它克服了以往普通聚乙烯醇类涂料的缺点.苯丙乳胶漆耐水、耐碱、耐擦性好,而且涂膜的耐候性、附着力都有上好的表现,且价格适中,制备工艺稳定 .因此,为满足普通家庭或者单位的大众化需求,本着经济实惠的原则,并兼顾生产过程及开发的能力,通过对苯丙乳液的改性,研制出高档次的内墙涂料.

1 实验部分一
1.1 仪器与试剂
电热恒温干燥箱,高速搅拌机,ME一100高剪切混合乳化机.
甲基丙稀酸甲酯,甲基丙稀酸丁酯,苯乙烯,丙稀酸,聚乙烯醇为工业品,过硫酸钾,碳酸氢钠,氨水,
各种表面活性剂等为分析纯试剂,水为去离子水.
1.2 苯丙乳液合成

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1.2.2 操作方法
(1)配制一定百分含量的过硫酸钾水溶液以及一定百分含量的碳酸氢钠的水溶液.
(2)称取阴离子表面活性剂D 1.31 g加入25.0 g水(额外添加)中配成5% 的水溶液,再加入15 g水稀释,加入非离子活性剂T 3.28 m L.称取聚乙烯醇0.3 g加入5.7 g水(额外添加)配成5 的水溶液,再加入15.0 g水稀释.取上述过硫酸钾水溶液12.67 mL,用10.0 g水稀释.
(3)在乳化器中加入部分原料进行单体预乳化.包括去离子水,活性剂稀释液,苯乙烯,甲基丙稀酸丁酯,丙稀酸.剧烈搅拌后,成一乳白色混合物.
(4)制备种子乳液:当三口烧瓶的温度在5O℃时,加入部分水,部分乳化剂和部分引发剂,再加入部分预乳化液,慢慢升温至反应放热,表明乳液聚合反应已经开始.最后温度控制在7O~9O℃之间.
(5)配制滴加乳液:把剩余的乳化液和剩余药品加入乳液加料斗中,剧烈搅拌使之混合均匀制成滴加乳液.
(6)最后把剩余的引发剂和滴加乳液连续的加入反应器中,在3.5 h内滴完.滴加速度120 L·h-1.
(7)加完乳液后,恒温1 h,待反应完全.再冷却至7O℃ ,恒温30 min后,冷却至4O℃以下,调节pH值在8~9之间,即得具有微蓝色乳光的乳白色粘稠状液体.

1.3 乳液的性能测试项目
1.3.1 外观
观察乳液中有无颗粒结块,以判断其聚合质量.
1.3.2 粘度
使用涂一4杯测粘度.当乳液总量较小时,可使用落球粘度法,测相对值,即用直径为8.118 mm 的刚球,用秒表记录在5 mL量筒乳液中,移动3 mm所需的时间 .
1.3.3 Ca 稳定性
在100 mL试管中,按V 乳液:VCacl2=4:1比例配制溶液.在乳液中加入0.5% Ca Cl溶液混合.静置24 h.无沉淀物为合格.
1.3.4 水稀释稳定性
在10 mL试管中,按 V乳液:V 去离子水=1:4比例,在乳液中加入去离子水.混合均匀后静置24 h.无沉淀物为合格 .
1.3.5 固含量
按国标,用常压加热法测定,即将1~2 g乳液于105℃的电热恒温干燥箱中干燥2 h,至恒重,称重计算固含量.
乳液固含量S按下式计算
S一( W1/W0)×100(% )
其中:W1,W0分别为恒重后及干燥前乳液重量(g)
1.3.6 膜的耐水、耐酸碱性
将涂有乳液的玻璃载片在室温下干燥后,分别浸入去离子水,5 %硫酸溶液和氢氧化钠饱和溶液中放置120 h.观察其变化.以无变化者为通过 .
1.4 苯丙乳胶漆的制备
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1.4.2 制备步骤
先将水放入高速搅拌机中,在低速下加入防酶剂z、成膜助剂、增稠剂、分散剂、消泡剂搅拌10 min.混合均匀后,将颜料、填料用100目筛慢慢筛入搅拌机叶轮搅起的旋涡中,调节搅拌机叶轮与调漆桶底之间为合适的距离,加完后,高速分散30 min.当细度合格后.即分散完毕.将上述色浆加入到涂料桶中,搅拌下再加入苯丙乳液、pH调整剂和其他助剂,控制搅拌速度,并用水或增稠剂调整粘度.
2 结果与讨论
乳液性能测试结果、内墙涂料的性能测试结果分别见表1、表2.
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2.1 乳液合成
乳液聚合是自由基聚合方式之一,它是在水相中,由单一的或是不同的乙烯基单体的非均相体系.所得的聚合物不是一个均相的溶液,而是在水相中一个稳定的分散体系,称为聚合物乳液.乳液是建筑乳胶涂料的主要成膜物质,是影响乳胶涂料性能好坏的首要因素,乳液的性能主要取决于所用的原料、用量、组成、合成工艺及选用的助剂.
2.2 表面活性剂
非离子表面活性剂的同一分子中,存在两个组分,一个是亲油部分,一个是亲水部分.在乳液聚合中使用的表面活性剂一般是采用把阴离子型和非离子型一起配合使用,阴离子型的以双电层和屏蔽稳定化的双重效果使颗粒分散稳定化,非离子的则以稳定屏蔽化使颗粒分散稳定化.
2.3 引发剂
乳液聚合用的引发剂必须是水溶的.引发剂用量增大,反应速度快,胶膜拉伸强度增大,但乳液不稳定易破乳凝聚.用量过少,聚合反应慢 .引发剂用量和滴加方式会影响乳液聚合物的分子量大小,分子量分布及反应速度和反应转化率. 本文采用0.4 %的引发剂较适当(表3)

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2.4 缓冲剂
在聚合反应中,体系的pH往往有偏离的倾向,有些表面活性剂形成胶束,有些引发剂以及某些单体的水解对pH是敏感的.所以往往加入缓冲剂以防止pH的偏离,确保乳液体系稳定.
2.5 pH值调节
由于苯丙乳液中含有羧基,pH值在3左右,为了提高乳液的稳定性,须用氨水将乳液pH值调至8~10,得到水溶性聚丙烯酸酯盐.中和后的乳液粘度、稳定性明显提高.
2.6 颜料和填料
颜料和填料是构成乳胶涂料成膜物质的次要成分,作为内墙用的颜料,填料主要应有良好的耐碱性和易分散性等特点[7].钛白粉和立德粉是乳胶涂料中最常用的白色填料.钛白粉具有很强的着色力和遮盖力,并有优异的理化性能,但价格较贵,立德粉着色力和遮盖力仅次于钛白粉,但价格便宜,可用于内墙涂料[73.为了降低成本,在配方中可添加一定量的硅灰石粉和高岭土代替立德粉.填充料可选用轻质碳酸钙,重质碳酸钙和滑石粉等.
2.7 分散剂
分散剂能吸附在液一固界面上,从而降低其界面自由能,使固体粉末均匀的分散在液体中,并不会重新聚集在一起.
2.8 消泡剂
乳化剂的使用导致乳液表面张力下降.因此产生大量的气泡.气泡不仅使操作变得困难,而且影响涂料质量.因此必须加入消泡剂消泡.
2.9 成膜助剂
成膜助剂能够促进乳液中的聚合物粒子的塑性流动和弹性变形.改善它们在凝聚时的变形,使之能在较宽的范围内成膜,即降低乳液的最低成膜温度.
成膜助剂应具有的特性:
① 具有良好的水解稳定性,以使其在高pH 和低pH下都能发挥作用;
② 由于高凝固点材料需要特殊处理和储存方法,因此,成膜助剂的凝固点应低于一20℃ ;
③ 挥发速率应足够低,以保证乳液在很宽的温度范围内使用;
④ 在合适的时间从涂膜中挥发出去,防止涂膜过度软化;
⑤ 气味应小;
⑥ 提高防腐性,耐候性;
⑦ 具有生物降解性和安全性.
2.10 增稠剂
增稠剂的作用是使乳液的粘度增加,减少其流动性,改善加工性能,大多增稠剂是亲水性的高分子物质,溶于水后,形成粘度极高的溶液,显示出亲水性胶体的性质.
2.11 防酶剂
防酶剂的作用是利用该化合物或者某些复杂组分,通过各种途径,防止病原菌侵染或者消除已经形成的感染.

3 结论与展望
(1)用苯乙烯与甲基丙烯酸酯作为共聚单体,比只用甲基丙烯酸酯作单体的乳液产品成本低.适合普通家庭或者单位的大众化需求并且制备工艺简单.
(2)本文的苯丙共聚乳液具有丙酸酯类聚合物的耐老化性、耐候性好,不泛黄等优点,它的外观细腻,附着力强,成膜后耐碱、耐水、耐擦拭性好 可以用作建筑涂料基料.
苯丙乳液用苯乙烯作为硬单体代替了部分价格较贵的甲基丙烯酸酯,其综合性能虽然略低于纯丙共聚乳液,但成本显著下降,因此仍然具有明显的技术、经济效益,尤其用于内墙具有很好的性价比.
展望目前涂料技术的发展,可归纳两个方面:
(1)大量研究表明,造成室内空气污染主要有两大因素:通风和建筑材料.空气调节设备的使用,导致室内外空气交换量大大减少;建筑和装修材料释放的挥发性有机物被大量浓缩,造成空气污染,危害人体健康.因此,调整配方,工艺减少建筑和装修材料挥发性有机物排放,是乳胶漆面对加强环境保护的重大课题.
(2)深入研究漆膜的结构形态,调变聚合物分子在漆膜中的堆砌形态以提高漆膜的性能,是乳胶漆研究的另一重大课题. 

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