时间：2022-05-16 11:06:52
摘要：在聚合反应中掺加有机硅，由于有机硅独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质、使体系更加稳定。在采用自制乳液配制外墙乳胶涂料中，研究核壳层含有机硅的乳液对外墙涂料耐沾污性的反应。
关键词：外墙乳胶涂料：耐沾污性；核壳乳液：有机硅单体
乳液是决定外墙乳胶涂料耐沾污性的关键所在，但在现在应用比较广泛的丙烯酸
脂涂料却存在显著的缺点，高温易变软发粘，容易粘灰尘，耐沾污能力不好。目前采用核壳乳液聚合技术，在壳层聚合时掺加一定量的有机硅成分，可增加体系的
交联度，使聚合物分子的分子量成倍提高，使体系更加稳定，涂层耐水性、硬度、耐候性、抗回粘性、耐沾污性均得到提高。
因有机硅以硅－氧（Si－O）键为主链结构， 在聚合反应中掺加有机硅成分可增加体系的交联度，使聚合物分子的分子量成倍提高，使体系更加稳定，涂层耐水性、硬度、耐候性、抗回粘性、耐沾污性均得到提高。所以，有机硅可以改善丙烯酸酯乳液耐水性差、低温变脆及高温发粘等缺陷。选择八甲基环四硅氧烷(D4)掺入丙烯酸的外墙乳胶涂料中，使发生交联的有机硅丙烯酸乳液兼具两者的优点，研究其在核壳乳液聚合中的应用以及其在改善外墙涂料耐沾污性方面的潜在应用。
1.实验部分
1.1原料
甲基丙烯酸甲酯(M MA)、丙烯酸丁酯(BA)均为分析纯；八甲基环四硅氧烷(D4)、引发剂过硫酸钾(KPS)、乳化剂0P一1O和十二烷基硫酸钠(SDS)、碳酸氢钠等均为市售化学纯试剂。
1.2掺加有机氟的聚合物的核壳乳液的制备
1-2.1乳液的基本配方与聚合工艺
本试验聚合工艺采用两步种子乳液聚合法，加料方式为饥饿态半连续加料法。
丙烯酸酯核壳乳液的基本配方见表1。该核壳乳液为内软外硬型，核壳层的玻璃化温度Tg分别为一41℃和57．1℃。其中有机氟掺量分别为单体总量的0％、5％、10％ 。
1.2.2丙烯酸酯核壳乳液的制备
先将核、壳单体分别加入到设计份量1／3的复合乳化剂溶液中预乳化1h，制得预乳化液：在装有搅拌器、冷凝管、氨气导入装置和滴液漏斗的500mL四口烧瓶中，通入氨气排除氧气， 边搅拌边依次加入剩余1／3乳化剂水溶液、缓冲剂溶液、1／2核单体预乳化液、1／3引发剂水溶液 混和均匀后，升温至70℃ 左右使之聚合， 当出现蓝色荧光后， 用两个滴液漏斗分别同步、缓慢滴入剩余的核单体预乳化液及1／3引发剂水溶液，滴加完毕后升温到80℃ 并保温0.5h， 即得到种子乳液：在种子乳液中，控温80℃左右，通过两个滴液漏斗分别同步、缓慢滴加入壳单体预乳化液及剩余1／3引发剂水溶液， 大约2.5～3.0h滴加完毕，升温至85℃ 继续反应1 h使残余单体反应完全：反应结束后自然降温至40℃ 以下，用氨水调节pH值至7～8，过滤， 出料。
1.3乳液及涂料性能测试
乳液粒径及粒径分布：采用Malvern Zetasizer Nano ZS90激光粒径分布仪测定核壳乳胶粒子的粒径分布。凝胶率：反应结束后，收集所有凝聚物，烘干至恒重，凝聚物质量占单体总质量的百分率即为凝胶率。乳液涂膜吸水率：将2mI左右乳液滴在表面皿上，室温25±2℃自然流平成膜，后在烘箱内80℃烘2～3h，制得厚约1 m m 的膜。准确称取乳液涂膜的干重m1，浸水24h后，用滤纸吸掉表面的水分， 称量得m2， 二者的重量差即为吸水量，按1.1式计算乳液吸水率：ω=(m2一m1)／m1 (1．1)漆膜耐沾污性测试参照国标G B／T9755―2OO1进行，粉煤灰为标准粉煤灰。
2.结果与讨论
2.1掺加有机硅单体对乳液性能的影响
由表2可知，经单体复配的乳液均可在常温下形成平整透明的漆膜，最低成膜温度高的乳液其吸水率低．这也证明了较硬的漆膜能够更好的抵御水的渗透。有机硅掺量为5％时乳液凝胶率仍然较小，说明乳液聚合较稳定。但当有机硅掺量为1O％ 时乳液聚合过程中的凝胶量较高， 说明过量的有机硅影响了聚合物的稳定性。从平均粒径来看，当有机硅掺量为1O％ 时，粒径仍然在1 OOmm 以内， 说明掺加有机硅对平均粒径影响不大， 但掺加有机硅的漆膜手感会较硬，质地坚硬的漆膜吸水率低。
因此综合考虑以上因素认为有机硅的最佳掺量为5％。
2.2掺加有机硅的乳液对外墙涂料耐沾污性的影响
将有机硅单体八甲基环四硅氧烷(D4)掺入乳液聚合的壳层，使制备的有机硅丙烯酸乳液兼具有机和无机的优点：用制备的乳液配制成涂料，研究其对外墙涂料性能的影响。涂料的基本性能测试结果列于表3中。
由表3可见， 掺入有机硅单体后吸水率降低，这是因为聚硅氧烷具有优良的憎水性．因此用有机硅改性的丙烯酸酯共聚物耐水性比相应的聚丙烯酸酯要好。且成膜手感较硬，说明掺入有机硅后使成膜表面密实且硬度增加。对比有机硅掺加前后反射率下降率的变化说明铺展开的乳液成膜后壳层分布在表面，这是因为聚硅氧烷的掺入使漆膜表面更为致密。气孔的减少使吸人性污染的机会大大减少。因此耐沾污性较好 。
3.结论
利用有机硅优异的表面性质可以改善丙烯酸乳液， 从而得到兼具有机和无机特性的理想涂层。其中有机硅八甲基环四硅氧烷(D4)在壳层的最佳掺量为5％ 。将掺有有机硅单体八甲基环四硅氧烷(D4)的乳液配制成涂料，所得涂料耐沾污性随着掺量的增大而增强，且成膜硬质， 有良好的疏水性。所制备的外墙涂料耐沾污性最好、综合性能最佳。
参考文献：
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