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許玉霞 李彩虹(西北永新化工股份有限公司;)

摘要：采用半連續(xù)滴加工藝,研制了有機硅改性的羥基丙烯酸乳液,用于制備雙組分木器漆,探討了乳液的羥值、酸單體含量、乳化劑種類、有機硅含量等對乳液穩(wěn)定性及木器漆性能的影響。

關(guān)鍵詞：水性丙烯酸聚氨酯 有機硅改性 木器漆 羥基丙烯酸乳液 單體含量 耐水性

1引言

我國是一個木器漆生產(chǎn)和消費大國，年產(chǎn)量在20萬t以上，但水性漆所占比例很少。而在歐洲，目前木器漆水性化已達20%以上，且每年以一定的比例增長。溶劑型木器漆在施工過程中，大量的VOC釋放進大氣中，污染了環(huán)境，危害了施工人員的身體健康。目前，我國經(jīng)過多年的研究開發(fā)，所生產(chǎn)的水性PU木器漆已完全可以替代溶劑型木器漆用于室內(nèi)木器裝飾，滿足家裝行業(yè)的要求。我國于2002年頒布實施的室內(nèi)裝飾材料強制性執(zhí)行標準和2009年規(guī)定對溶劑型木器涂料進行3C強制認證以及建設(shè)部醞釀出臺的室內(nèi)裝修推薦使用水性木器涂料的規(guī)范性文件等舉措，為水性木器漆的發(fā)展帶來了契機，預(yù)計在我國，水性PU木器漆的應(yīng)用將得到很大的發(fā)展。

水性PU具有不燃、無毒、無污染、快干、耐磨損等優(yōu)點，已受到人們的廣泛重視。由含羥基丙烯酸乳液和非離子親水改性的多異氰酸酯組成的水(文章來源環(huán)球聚氨酯網(wǎng))性雙組分聚氨酯涂料可用于木器櫥柜，也可用于辦公室和實驗室家具。本研究利用有機硅樹脂表面能低，耐水性、耐候性及透氣性優(yōu)良的特性，在丙烯酸樹脂中引入有機硅單體，制備了兼具兩者優(yōu)點的穩(wěn)定乳液，從樹脂本身提高了木器漆的性能。

2試驗部分

2.1原料

甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)、過硫酸銨(APS)、碳酸氫鈉、乙烯基三甲氧基硅烷、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸銨鹽(Co-436)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、蒸餾水、親水改性脂肪族多異氰酸酯固化劑(拜耳VPLS2319)。

2.2有機硅改性羥基丙烯酸乳液的合成工藝

在裝有電動攪拌器、溫度計、冷凝管和滴液漏斗的四口燒瓶中加入蒸餾水、復(fù)合乳化劑和碳酸氫鈉，攪拌升溫至一定溫度，同時滴加總量8%的混合單體和15%的引發(fā)劑溶液，保持反應(yīng)一定時間，待體系出現(xiàn)均勻藍相后在一定的時間內(nèi)滴加剩余的混合單體與70%的引發(fā)劑溶液，然后再滴加有機硅單體與5%的引發(fā)劑溶液，最后再補加剩余的引發(fā)劑溶液，保溫反應(yīng)1h后降溫調(diào)整pH為7~8，過濾出料。

2.3水性木器漆的配制

水性木器漆的基礎(chǔ)配方見表1。

2.4性能測試

黏度：用NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式黏度計于25℃下測定乳液的表觀黏度。

凝膠率：聚合反應(yīng)結(jié)束后，將乳液用120目濾網(wǎng)過濾。收集濾網(wǎng)中、反應(yīng)器壁及攪拌上的凝膠物，水洗后于100℃左右烘干，至恒量后稱量，計算凝膠物占單體總量的百分數(shù)。

3結(jié)果與討論

3.1乳化劑的選擇

乳化劑對乳液聚合具有關(guān)鍵性的作用。陰離子型乳化劑為乳液聚合提供電荷穩(wěn)定性，能夠防止粒子聚集，乳液的機械穩(wěn)定性強，但化學(xué)穩(wěn)定性差。本試驗選用陰離子型和反應(yīng)性乳化劑復(fù)配，通過離子型乳化劑提供靜電斥力，反應(yīng)性乳化劑為共聚單體參與反應(yīng)，使聚合物乳液具有很大的穩(wěn)定性，同時提高耐水性能。

3.2乳液的羥值對漆膜性能的影響

保持乳液的酸單體、有機硅單體等含量不變，不同的羥值對漆膜性能的影響見表2

從表2可以看出，有機硅改性羥基丙烯酸乳液配漆后漆膜整體性能較好。當乳液羥值較高時，與—NCO反應(yīng)快，固化時間短，部分羥基被屏蔽在分子鏈中不能充分反應(yīng)，導(dǎo)致漆膜光澤低、耐水性下降;羥值較低時與—NCO反應(yīng)較慢，固化較完全，耐水性提高，但太低時交聯(lián)密度較低又導(dǎo)致耐水性下降。故本試驗最終確定羥值為100mgKOH/g。

3.3丙烯酸單體含量對乳液聚合穩(wěn)定性的影響

丙烯酸單體含量對乳液聚合穩(wěn)定性的影響見圖1。

丙烯酸單體含量對乳液聚合穩(wěn)定性的影響很大，少量可提高乳液的穩(wěn)定性及對底材的附著力。從圖1中A可以看出，丙烯酸單體含量從1.5%增加到2.0%時，體系穩(wěn)定性增加，凝聚率下降;繼續(xù)增加時由于其在水相中的溶解度大，增加了自由基聚合的可能性，因此凝聚率又增加，故對該聚合體系來講，丙烯酸單體含量過高或過低凝聚率均提高。

同時從圖1中B也可以看出，丙烯酸單體含量對乳液的黏度也有較大影響。丙烯酸單體含量增加，乳液黏度增加;當丙烯酸單體含量增加到2.0%后，乳液黏度增加變得緩慢。這主要是丙烯酸單體含量增加，中和后羧基趨于舒展，乳液分子鏈自由體積減少，分子運動受阻，故黏度增加。

綜合以上因素，本試驗確定丙烯酸單體的最佳用量為2.0%。

3.4有機硅單體含量對漆膜性能的影響

有機硅氧烷具有優(yōu)越的耐候抗污性和高度的疏水性，以其改性羥基丙烯酸乳液，可提高漆膜的耐水性等性能。表3為有機硅單體的用量對漆膜性能的影響。

從表3可以看出，功能性有機硅鏈節(jié)提高了漆膜的耐水性，這是因為隨著有機硅單體的加入，在成膜過程中硅氧烷鍵發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的涂膜，從而使聚合物分子鏈間難以被水分子滲透。同時還可以看出，有機硅單體用量增加時，漆膜除耐水性變好以外，其它性能變化不大。這可能是有機硅單體的用量仍然較小，部分單體聚合后被包裹在乳膠粒內(nèi)部，還有部分處于外部，外部的有機硅聚合物提高了漆膜的耐水性，而內(nèi)部的聚合物對漆膜性能沒有大的貢獻。因此本試驗確定有機硅單體用量為1.5%。

4結(jié)語

⑴用有機硅單體對羥基丙烯酸乳液進行改性，選用陰離子型與反應(yīng)性復(fù)合乳化劑，采用不連續(xù)滴加法制備了穩(wěn)定的乳液。

⑵通過試驗確定羥值為100mgKOH/g，丙烯酸單體含量為2.0%，有機硅含量為1.5%，可以制備出耐水性優(yōu)異的高性能水性木器漆。

⑶由于用水作溶劑，消除了VOC對環(huán)境的污染，是一種性能優(yōu)良的環(huán)境友好型涂料。

　　以上是《有機硅改性的羥基丙烯酸乳液制備高性能水性木》的詳細內(nèi)容。