复合有机硅改性苯丙乳液的性能

复合有机硅改性苯丙乳液的性能

孙萍;郭文录;罗敏;孟祥国

【摘要】以苯乙烯(St)、丙烯酸异辛酯(EA)和丙烯酸丁酯(BA)为主要单体,丙烯酸(AA)为功能单体,十二烷基苯磺酸钠(SDS)和壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)为复合乳化剂,γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)和八甲基环四氧硅烷(D4)为有机硅改性剂,通过乳液聚合合成了不同有机硅改性苯丙乳液.研究了复合乳化剂的用量及配比,软硬单体质量比,以及复合有机硅改性剂的配比与用量对苯丙乳液性能的影响,确定了合成有机硅改性苯丙乳液的较佳用量:有机硅的质量分数为6％,软单体(EA、BA)和硬单体(St)的质量比为1∶2,OP-10与SDS 的质量比为3∶2,且复合乳化剂的用量为3％.通过红外光谱和热重分析对苯丙乳液,KH570、A-171或D4单一改性以及复合改性苯丙乳液进行了表征,测试了各种乳液及其涂膜的性能.结果表明,有机硅改性后苯丙乳液的综合性能明显提高,复合有机硅改性苯丙乳液的性能最好.当复合有机硅中KH570、A-171和D4的质量比为1∶2∶1时,合成的复合有机硅改性苯丙乳液的固含量为41.33％,粒径80.09 nm,黏度127 mPa·s,其漆膜硬度为2H,吸水率9.34％,失重温度区间在450 ～520℃,高于苯丙乳液的350 ～420℃以及由KH-570、A-171或D4单一改性苯丙乳液的390 ～430℃.

【期刊名称】《电镀与涂饰》

【年(卷),期】2014(033)014

【总页数】6页(P598-603)

【关键词】苯丙乳液;硅烷;改性;乳液聚合

【作者】孙萍;郭文录;罗敏;孟祥国

【作者单位】江苏科技大学生物与化学工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学

生物与化学工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学生物与化学工程学院,江苏镇

江212003;江苏科技大学生物与化学工程学院,江苏镇江212003

【正文语种】中文

【中图分类】TQ325.12;O632.52

苯丙乳液以水为溶剂，具有无毒、无污染、常温下涂膜干燥快、施工简便等优点。市场上的苯丙乳液主要用作一般金属表面的防腐涂料、内墙建筑涂料、木器涂料等[1]，但其存在硬度低、交联程度不高、钙离子稳定性低、最低成膜温度偏高、防

腐性能低等不足。加入有机硅单体不仅能以键能较高的Si─O键(431 kJ/mol)部分取代键能较低的C─C 键(345 kJ/mol)和C─O 键(351 kJ/mol)，而且也能通过提

高乳胶膜的交联程度来提高树脂的耐水性和耐候性[2]。

本文采用乳液聚合[3]方式制得复合有机硅改性苯丙乳液。复合改性与单一改性相比，其耐水性、硬度和固含量等性能明显加强，且凝胶率也明显降低。兼顾成本和性能因素，以期在尽量少的成本下获得高性能的乳液，采用KH-570、乙烯基三甲氧基硅烷、八甲基环四硅氧烷等3 种改性剂复合改性，并通过一系列测试与表征

手段对反应物的用量以及配比进行了优化，制得了性能最佳的有机硅改性苯丙乳液。

1 实验

1.1 主要原料

苯乙烯(St)、丙烯酸异辛酯(EA)、碳酸氢钠、N−羟甲基丙烯酰胺和氨水，上海润

捷化学试剂有限公司；丙烯酸丁酯(BA)，上海化学试剂采购供应五联化工厂；十二

烷基苯磺酸钠(SDS)，上海英鹏化学试剂有限公司；壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、

过硫酸钾(KSP)，江苏强盛功能化学股份有限公司；八甲基环四硅氧烷(D4)、γ−甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、丙烯酸(AA)，国药集团化学试剂有限公司；乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)，广州市龙凯化工有限公司；乙二醇，上海中试化工总公司。以上试剂均为分析纯。去离子水，自制。

1.2 主要仪器

DIGILAB-FIS2000 红外光谱仪，美国尼高丽公司；Rise-2008 型激光粒度分析仪，济南润之科技有限公司；BY 型铅笔硬度计，上海普申化工机械有限公司；800 型离心机，辽宁阳光制药机械有限公司；NDJ-5S 数字旋转黏度计，上海恒平科学仪器有限公司。

1.3 乳液制备

1.3.1 苯丙乳液的制备

(1)在装有回流冷凝管、电动搅拌器、恒压滴液漏斗和温度计的250 mL 四口烧瓶

中加入2 g 乳化剂、20 mL 去离子水，搅拌溶解，再加入3%(质量分数，下同)的碳酸氢钠5 mL 和3%的N−羟甲基丙烯酰胺10 mL，搅拌溶解。

(2)升温至60°C 左右，加入3%的KPS 引发剂溶液2 mL，滴入含2.7 mL St、0.8 mLBA 和0.5 mL EA的混合单体(在30 min 内滴完)，然后在80～83°C 保温至液体变蓝；再滴加含1.7 mL BA、1 mL EA、5.3 mL St 和1.5 mL AA 的混合单体(在1 h 内滴完)，加入KPS引发剂溶液3 mL，保温1 h。

(3)滴加剩余的混合单体(1.7 mL BA、1 mL EA、5.3 mL St，1 h 内滴完)和3 mL KPS 引发剂溶液，在80～83°C 下保温反应l～2 h，待反应完全后，降温至40°C 以下，用氨水调节pH 至7～8，过滤出料。

1.3.2 有机硅改性苯丙乳液的制备

有机硅改性苯丙乳液的制备同上，只是在第(3)步反应中加入混合单体的同时，需

加入4 mL 的有机硅。如果是单一有机硅改性苯丙乳液，加入的有机硅分别为

KH570、A-171 和D4，如果是复合有机硅改性苯丙乳液，加入的是KH570、A-171 和D4的混合液(质量比为1∶1∶1)。

1.4 性能测试及表征

1.4.1 乳液的性能测试

(1)乳液外观：目视乳液样品的颜色是否为蓝色或泛蓝光的乳白色液体、是否均相

以及有无颗粒等物理性状。

(2)乳液黏度测定按照GB/T 11543–2008 《表面活性剂中、高黏度乳液的特性测试及其乳化能力的评价方法》。乳液固含量按GB/T 1725–2007《色漆、清漆和

塑料不挥发物含量的测定》测试。Ca2+稳定性根据GB/T 20623–2006《建筑涂料用乳液》测试。稀释稳定性测试：将乳液稀释至3%，静置72 h，无分层、无

沉淀、无凝絮，视为合格。冻融稳定性按GB/T 9268–1988《乳胶漆耐冻融性的

测定》测试；贮存稳定性按GB/T 6753.3–1989《涂料贮存稳定性试验方法》测试。机械稳定性测试：将乳液置于离心机中以3 000 r/min的速度旋转，0.5 h 内不破乳、无明显絮凝物，视为合格。

(3)乳液成膜性能测试：将一定量的乳液涂在干燥洁净的玻璃片上，在室温条件下

干燥成膜，观察涂膜外观。漆膜硬度按GB/T 6739–2006《色漆和清漆铅笔法测

定漆膜硬度》来测定。涂膜吸水率按HG/T 3344–2012《漆膜吸水率测定法》测试。

(4)乳液中单体转化率按式(1)计算。

式中X 为实际固含量，Xc为理论固含量。

(5)凝胶率测定[4]：聚合反应结束后，将乳液用100 目筛网过滤，收集聚合体系中的凝聚物，水洗后于105°C 左右烘干至恒重，按式(2)计算凝聚物占总单体质量的