肖菲等
肖菲，杨敬霞，孙学*，史芳沅，吴柏君，周春宇
（西北永新涂料有限公司，兰州）
摘要：采用乳液聚合方法制备水性丙烯酸乳液，以该丙烯酸乳液为成膜物质制备水性丙烯酸面漆，其各项性能指标可以达到HG/T—中II型水性丙烯酸树脂涂料标准要求。同时研究了乳液玻璃化温度、成膜助剂用量和配比及其他水性助剂对涂膜性能的影响。
关键词：丙烯酸乳液；玻璃化温度；丙烯酸面漆；水性助剂
0 引言
随着人们环保意识的增强和法律法规的完善，水性工业涂料在许多方面得到越来越多的应用。其中，水性丙烯酸涂料具有快干、高硬度、优良的耐候性、保色性以及耐腐蚀性，是目前发展速度最快且应用最成熟的产品之一，已被广泛应用于金属、交通、汽车等领
域[1]。室温自交联丙烯酸乳液在施工过程中无需加入固化剂且不用加热，具有使用方便、实用性强等优点[2]。本研究使用多种单体共聚，采用乳液聚合的方法制备水性丙烯酸乳液，以自制的丙烯酸乳液为成膜基料，制备了性能优异的水性面漆，产品性能达到HG/T—《水性丙烯酸树脂涂料》标准中Ⅱ型常温自干单组分涂料要求。同时研究了成膜助剂用量及配比、玻璃化温度、水性助剂对涂膜性能的影响。
1 试验部分
1.1 原材料与仪器设备
苯乙烯（St），工业级；甲基丙烯酸甲酯（MMA），工业级；丙烯酸丁酯（BA），工业级；甲基丙烯酸（MA），工业级；甲基丙烯酸异冰片酯（IBOMA），工业级；十二烷基磺酸钠（SDS），化学纯；碳酸氢钠（NaHCO3），化学纯；OP-10，工业级；过硫酸铵（APS），工业级；钛白粉，四川；分散剂，毕克；消泡剂，迪高；增稠剂，明凌；二丙二醇丁醚，陶氏；防闪锈剂，海名斯。
电动搅拌器、电热套、电子天平、高速搅拌机、蠕动泵、砂磨机、涂膜冲击器、烘箱、常用玻璃仪器。
1.2 乳液的制备
将乳化剂OP-10和十二基磺酸钠用计量的去离子水稀释后加入到甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、苯乙烯和甲基丙烯酸异冰片酯的混合溶液中，搅拌均匀，制备预混液。在反应瓶中加入计量的乳化剂、去离子水及18%的预混液，升温至75℃，然后加入碳酸氢钠和过硫酸铵的水溶液，升温至80℃，反应至出现蓝光后，滴加剩余82%预混液及碳酸氢钠和过硫酸铵的水溶液。用4.5~5.0h滴加完毕，然后补加预留的过硫酸铵水溶液，升温至85℃，保持反应1.5~2.0h，最后降温至40℃以下，用三乙胺中和至pH=7.5~8.0。
1.3 水性丙烯酸面漆的制备
将表1配方量的蒸馏水、二甲基乙醇胺、分散剂、消泡剂、钛白粉按顺序依次加入到配料盆中，经研磨分散至细度≤25μm，制备钛白浆。在兑稀盆中加入计量的水性丙烯酸乳液、二甲基乙醇胺、成膜助剂，搅拌均匀，然后加入制备好的钛白浆、基材润湿剂、水性防闪锈剂、防霉杀菌剂，搅拌均匀，最后加入增稠剂调整黏度，过滤，包装。
1.4 性能检测
按照HG/T—中Ⅱ型常温自干型单组分涂料标准要求进行性能检测，结果见表2。
2 结果与讨论
2.1 Tg对乳液性能的影响
通过共聚单体的不同配比改变乳液的Tg，从而调整涂料的性能。软硬单体及功能性单体不同比例搭配，调整涂膜的柔软性和硬脆性，使得乳液的成膜性、硬度、柔韧性、返黏性等有一个较好的平衡。本试验选用Tg较高的甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯为硬单体改进涂膜的硬度，选用Tg较低的丙烯酸丁酯为软单体改进涂膜延伸性和柔韧性。Tg对乳液性能的影响结果见表3。
由表3可知，随着Tg的升高，涂膜的附着力变差，柔韧性降低，综合考虑，本试验确定Tg为30℃。
2.2 成膜助剂配比对涂膜的影响
丙烯酸乳液在制漆过程中必须加一定量的成膜助剂以促进乳胶粒子的塑性流动和弹性变形，使乳液的成膜温度控制在较广泛的范围内[3]。成膜助剂可以选用中沸点至高沸点的溶剂，如醇醚、醇酯、二醇类等，其在成膜过程中发挥作用促进成膜，成膜后全部挥发，不影响涂膜性能及乳液的稳定性。本试验选用不同沸点的成膜助剂进行搭配，以体现乳液的最佳性能。成膜助剂对涂膜性能的影响见表4。
从表4可知，随着中低沸点成膜助剂的用量增加，涂膜的硬度提高，返黏性变好，当m（Texanol酯醇）∶
m（二丙二醇丁醚）∶m（二丙二醇甲醚）=5∶3∶2时，
涂膜的柔韧性及附着力降低，在低温时开裂；当m
（Texanol酯醇）∶m（二丙二醇丁醚）∶m（二丙二醇甲醚）=5∶4∶1时，涂膜各方面性能最佳。
2.3 水性助剂的选择
2.3.1 水性分散剂
分散剂可以有效防止涂料返粗，增加研磨效率，降低成本，提升光泽，防止浮色发花及增加着色力，同时还有防沉作用。良好的分散可以让颜料粒子更为细小，着色力强，流动性好，鲜映性高，使有机颜料具备更高的透明性，无机颜料具备更高的遮盖力。本试验通过考察不同类型的分散剂与乳液体系的相容性、对颜料的润湿性、对涂膜性能影响等，选择毕克高分子共聚物
分散剂，涂料具有良好的分散效果和贮存稳定性，见
表5。
2.3.2 水性消泡剂
水性涂料体系中使用了较多的表面活性剂，在机械分散过程中会产生大量的气泡，湿润分散剂的加入也有气泡产生，造成涂膜缺陷，如针孔、凹坑等，严重影响涂膜的保护性和装饰性。因此，要使用消泡剂来抑制气泡的生成，并将已形成的泡尽快消除。消泡剂对于要消泡的介质有“选择的不相容性”，相容性太好，消泡剂主要进入涂料的液态主体中，起不到消泡作用；相容性太差，则会产生涂膜缺陷[4-5]。通过对不同类型消泡剂的筛选，选择迪高有机硅类消泡剂，见表6。
2.3.3 水性基材润湿剂
水的表面张力比较高，远远超过各种常见底材。水性工业涂料对底材的润湿经常成为首要解决的问题。目前应用于水性工业涂料中的基材润湿剂主要有两种：一种是有机硅类的基材润湿剂，其降低表面张力最为明显，具有极低的静态表面张力[6]；另一种是炔二醇及其衍生物类润湿剂，其动态表面张力很低，不稳泡，适用于快速施工。炔二醇类润湿剂具有极低的动态表面张力，而有机硅类润湿剂则具有很低的静态表面张力，二者拼用效果最佳，见表7。
2.3.4 水性增稠剂
增稠剂主要作用是改变分散体的流变性质，具有防沉、防飞溅、涂膜流平、防流挂，提高涂料黏稠度的功能，又称为流变控制剂。增稠剂种类较多，主要包括有机增稠剂（缔合型、非缔合型）和无机增稠剂（膨润土、凹凸棒土、黏土、铁钛螯合物等），目前水性工业涂料中常用的是聚氨酯缔合型增稠剂、水性膨润土等。考虑到在生产、贮存、施工过程中对产品黏度都有不同的要求，因此，考察不同剪切速率下增稠剂的作用，搭配使用可使涂料得到较好的贮存和使用状态。本试验选择中剪切黏度增稠剂和低剪切黏度增稠剂搭配使用，效果最佳。
3 结语
本研究采用乳液聚合工艺，合成了Tg为30℃的水性丙烯酸乳液。筛选成膜助剂用量为8%，成膜助剂m（Texanol酯醇）∶m（二丙二醇丁醚）∶m（二丙二醇甲醚）=5∶4∶1，选择含有颜料亲和基团的高分子共聚物分散剂、有机硅类消泡剂、聚醚硅氧烷类和炔二醇类基材润湿剂、中低剪切黏度的聚氨酯缔合型增稠剂等水性助剂共同搭配，制备了性能优异的水性丙烯酸面漆，其各项性能均可达到HG/T—水性丙烯酸树脂涂料行业标准要求。
（详情见《现代涂料与涂装》-4）
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