0 引 言
乳胶漆是一种水性涂料,以水作为溶剂,高聚物分子均匀地分散在水中形成稳定的乳液作为成膜物质,加入颜填料和各种功能性助剂,经分散研磨形成一种混和分散体系。其组成中有机溶剂含量低,只有2 %~8 %左右。是一种绿色环保型涂料中国建材网cnprofit.com。
目前,乳胶漆的品种主要有聚醋酸乙烯乳胶漆、乙2苯乳胶漆、苯2丙乳胶漆、纯丙烯酸酯乳胶漆、叔碳酸酯乳胶漆等,近年来还出现高弹性和高耐候性的有机硅单体、有机氟单体改性丙烯酸乳胶漆。这些品种目前多应用于建筑上。纯丙乳胶漆具有良好的耐水性、耐污性、耐候性等特点,可作为建筑用的外墙和内墙涂料。本文着重讨论丙烯酸酯乳胶漆的制备及乳液性能的影响因素。
1 实验部分
1. 1 乳液制备
1. 1. 1 原材料规格及用量(见表1)
1. 1. 2 合成工艺
采用半连续化生产工艺进行。先将表1 中F、G、H及15 %的A、B、C、D、E 混和单体放入带温度计、搅拌器、冷凝管及滴液漏斗的四口烧瓶内,通N2 搅拌20min后,滴入1/ 2 的G中缓慢升温至80 ℃反应30~40min后,然后称好余下的75 %的混和单体,于滴液漏斗中缓慢滴加反应温度控制在80~85 ℃,在1. 0~1. 5h 内滴完。补充加入余下的引发剂,在85~90 ℃内继续反应1. 5~2. 0h ,取样测转化率,不合格时追加部分引发剂,继续保温反应30~60min ,转化率合格后出料备用。
乳液性能参数:
外观为乳白色呈蓝相,固体分为45 %~50 %;pH值为2~5。
1. 2 乳胶漆的制备
1. 2. 1 材料及用量(见表2)
1. 2. 2 制漆工艺
先将表2 中a~g 按配方量称好放入高速分散机内搅拌均匀。然后加入h~j 充分混和30min ,用砂磨机进行研磨分散取样测细度,合格后加入k ,在高速分散机2. 0~3. 0h 内低速分散,测粘度、pH 值,不合格时加入l 、m、n 进行调整,调整合格后出料。
乳胶漆的指标:外观为白色均匀不结块,细度为≤50μm ,固体分为45 %~50 % ,pH 值为6~7 ,粘度(涂24杯) 为35~40 (s) 。
2 结果与讨论
乳胶漆的成膜物质是乳液,是一种热塑性树脂,它是靠分散相2水份的挥发在空气中自然干燥成膜。因此,要求成膜树脂的分子量分布相对要窄;分子量大才能满足各项性能指标的要求。通过乳液聚合反应生成的树脂分子量较大且粘度小,通常都可以满足机械物理性能要求。乳液的性质是由所选择的材料种类、用量合成工艺条件及各种助剂所决定的。合成纯丙乳液时选择甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等单体作原料。
在这些材料中,甲基丙烯酸甲酯主要为乳液提供必要的硬度,耐大气性和耐洗刷性,甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸丁酯,提供树脂的弹性、柔韧性、耐冲击性和涂膜的附着力。丙烯酸为分子结构提高亲水基团可增加涂膜与材基的附着力。
2. 1 硬、软单体用量比例的影响
乳胶漆与溶剂涂料相比,其稳定性非常重要,主要是由乳液的稳定性决定的。影响乳液稳定性因素很多:所用单体种类比例,合成工艺,表面活性剂的选择,引发剂等。因此,软、硬单体比例的不同对稳定性有不同的影响。在丙烯酸酯合成过程中,根据玻璃化温度不同,单体可分为硬单体和软单体,甲基丙烯酸甲酯比甲基丙烯丁酯硬,它们二者比丙烯酸丁酯及甲酯硬,见表3。
注:稳定性以合成乳液凝聚物多少表示
从上可知,随着硬单体用量增加, Tg增加,乳液颗粒的粒径增大,在水中形成乳液不稳定, 易结块析出;涂膜的硬度和耐污性增加, 光泽降低。软单体用量增加,乳液的Tg 下降,粒径减小,在水中形成乳液的稳定性增大;涂膜的柔韧性、附着力显著提高。但软单体不宜太多,否则涂膜发粘,不易干燥,不耐洗刷和污染。因此,硬软单体的比例可控制在(70~80) : (30~20) ,合成不同玻璃化温度的乳液。
2. 2 乳化剂的影响
乳化剂是一种表面活性剂,结构中含有两种基团,一种是亲水基团,一种是亲油基团,能使互不相溶的两种物质形成均匀稳定的分散体系,在乳液聚合中,通常采用阴离子型表面活性剂混和使用,阴离子型乳化剂粒子表面呈负电荷,以双电子层和屏蔽效应阻止粒子之间相互靠近,保持一定距离而稳定。
非离子乳化剂附着在颗粒表面以其巨大分子结构而形成空间障碍,阻止颗粒间相互碰撞凝聚而达到稳定分散效果。本试验采用非离子型的吐温260 和阴离子型的十二烷基苯磺酸钠,其用量为单体总量的0. 5 %~0. 8 % ,非阴比例为(1~1. 2) :1。乳化剂用量太多,产生的泡沫多,对生产、施工不利,要更多的消泡剂,影响涂膜的耐水性和耐冲刷性,用量太少,单体不足以被乳化而分散水中,易产生絮凝现象,乳液不稳定,涂膜成膜性差。
2. 3 引发剂的影响
乳液聚合是在水进行的,所以使用的引发剂必须是水溶性的,用于乳液聚合的引发剂有过氧化氢,过硫酸盐等无机类引发剂,由于过氧化氢的稳定性和重复性不比过硫酸盐,在工业上都采用过硫酸盐类引发剂,包括过硫酸铵,过硫酸钾,过硫酸钠等,尤以过硫酸铵最常用。
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。当引发剂用量大时,反应速度快,单体转化率高,生成乳液颗粒的分子量小。引发剂用量小时,反应速度减慢,生成分子的分子量大,分布范围窄,但游离单体含量大,转化率减低,对环境和人的健康不利。引发剂通常为单体总量的0. 4 %~0. 8 %。
2. 4 成膜助剂的影响
乳胶漆有两种成膜固化方式,一种是挥发自干型,另一种是反应固化型。而目前乳液漆多为前者,这一过程是依靠水分的挥发,使颗粒相互接触堆积,通过毛细作用,压缩聚合物融化成膜的,它不仅与施工环境的温度、湿度有关而且与乳液的最低成膜温度(MFT) 有关。乳液聚合物玻璃化温度Tg 越高,最低成膜温度越高。施工时被涂物表面所需的温度越高。乳胶漆施工时要求环境温度必须高于乳液的MFT。
否则不能成膜甚至开裂,有些乳胶漆在环境温度< 5 ℃时便不能施工。因此乳胶漆的MFT 越低越好。配方设计时,需考虑合适的MFT。也可以外加成膜助剂来调节。成膜助剂是一种既可水溶又可油溶的助溶剂,能溶胀乳液粒子使其玻璃化温度Tg 下降,MFT 也下降, 促使成膜性提高,在干燥过程中,缓慢挥发,涂膜Tg 恢复到原来状态。作为乳胶漆的成膜助剂有醇类,醚类、醇醚类等溶剂,例如:乙二醇、二乙二醇甲醚、一缩二乙二醇甲醚等,用量为漆量的2 %~8 % ,用量太多,涂膜不易干燥,耐污性下降,对环境影响大。
2. 5 其它助剂的影响
其他助剂包括增稠剂、消泡剂、颜料分散润湿剂、杀菌防霉剂等。乳胶漆本身是一种由颜料分散体和乳液分散体组成的混和体系,它的固体含量通常为50 %左右,其粘度很低,施工时特别是垂直面易产生流挂。因此需加增稠剂调节施工粘度。乳胶漆是一种水性涂料。
在水中易滋生大量的微生物细菌,破坏涂膜的附着性、耐候性。在制漆时,需加入的防菌剂除去水中的微生物。乳液聚合时加入的乳化剂在制漆过程中会产生大量的泡沫,影响漆的质量和装罐,须加入水性消泡剂除去泡沫。生产乳胶漆时是先将颜料在水中分散,颜料多数采用无机颜料填料,表面积大,与水润湿性差,需要加入颜料分散润湿剂提高颜料填料的分散效果。
4 结 论
制造乳胶漆需要品种繁多的材料。影响因素很多,对于乳胶漆来说合成乳液是关键。各种添加助剂的作用都不可忽视。由于助剂的加入可能会影响涂膜的性能,在保证质量前提下,尽量减少用量。