(仅供参考)有机硅改性弹性乳液外墙防水涂料的研制

建筑涂料

有机硅改性弹性乳液外墙防水涂料的研制

王国建

(同济大学高分子材料科学与工程系,　上海200092)

摘要:采用有机硅单体和丙烯酸酯单体共聚的方法制备了一种弹性乳液。讨论了聚合机理,研究了聚合条件、有机硅单体含量、乙烯基硅氧烷含量、相容剂含量对乳液性能以及填料用量和细度对涂层性能的影响。介绍了用该种乳液制备的外墙防水涂料的性能。

关键词:有机硅;丙烯酸酯;改性;弹性乳液;防水涂料

Development of Exterior Wall Waterproof Coating Based on Silo xane Modified Elastic Acrylic Emulsion/WANG Guo-jian//Tongji University

A bstract:An elastic emulsion was copolymerized with siloxane monomers and acrylate monomers.Copolymerization mechanis m was discussed and studied were influence of copolymerization condition,content of siloxane,vin yl siloxane and compatibilizer on emul-sion properties and influence of filler content and fineness on coating film properties.Properties of exterior wall waterproof coating prepared with this emulsion were presented.

Key Words:siloxane;acrylate;modification;elastic emulsion;waterproof coating

1　前言

近年来,外墙涂料已成为外墙装饰的主流。目前,外墙涂料的主要功能是对建筑物的外观进行装饰,涂料的保护功能,如防水功能在外墙涂料使用中尚未引起人们的重视。随着建筑业的发展和人民生活水平的提高,开发一种集装饰和防水功能于一体的外墙防水涂料日益成为必要。在此背景下,弹性涂料应运而生。外墙弹性涂料顾名思义应具有涂膜柔软、延伸率高、耐老化性能优异、装饰性良好等特点。但柔软的涂膜往往会造成耐沾污性差的缺点。本文利用有机硅聚合物具有憎水性强、耐沾污性能好和聚丙烯酸酯成膜性好、耐老化性能优异等特点,采用有机硅与丙烯酸酯单体共聚的方法,制备了一种既有优异的弹性,又有良好的耐沾污性和防水性能的有机硅改性弹性乳液。用这种乳液可制备高质量的装饰型外墙防水涂料。

2　实验部分

2.1　原材料

丙烯酸丁酯(BA),工业级,上海高桥石化公司丙烯酸厂;甲基丙烯酸甲酯(MMA),工业级,苏州安利化工厂;丙烯酸(AA),工业级,上海高桥石化公司丙烯酸厂;八甲基环四硅氧烷(D4),工业级,江西星火化工厂;乙烯基环四硅氧烷(D v4),日本进口;过硫酸胺,化学纯,上海爱建试剂厂;十二烷基苯磺酸,工业级,南京烷基苯厂;乳化剂OP-10,工业级,上海助剂厂;十二烷基硫酸钠,工业级,上海牙膏厂;相容剂T,自制;钛白粉,R930,法国进口;硅灰石粉,400目,上海石粉厂;轻质碳酸钙,325目,上海碳酸钙厂;滑石粉,325目,上海大恒化工有限公司;硅溶胶,工业级,江苏江阴助剂厂;各种涂料助剂均为德谦企业股份有限公司产品。

2.2　实验方法

2.2.1　乳液聚合

(1)预乳化连续滴加法

乳化剂用水溶解后与全部单体混合,强力搅拌1小时,得到稳定的预乳化液A。十二烷基苯磺酸和过硫酸铵分别用水溶解配成溶液B和C。取预乳化液A、溶液B和C各1/5加入反应器中,搅拌升温至聚合温度。约半小时后,开始滴加剩余预乳化液、溶液B和溶液C,3小时左右滴完。待预乳化液滴

完后,剩余的溶剂B 和C 一次性全部加入反应器中。将温度升至95℃,保温反应1～3小时。反应结束后,降温至40℃以下,用氨水调节pH 值为7～8。

(2)种子聚合法

将乳化剂用水溶解,加入丙烯酸和丙烯酸酯单体,强力搅拌1小时,得到稳定的预乳化液A 。过硫酸铵用水溶解配成溶液B 。取预乳化液A 和溶液B 各1/5加入反应器中,搅拌升温至聚合温度。反应约半小时,开始滴加剩余预乳化液和溶液B ,3小时左右滴完。滴加完后,剩余的溶剂B 一次性全部加入反应器中。升温至95℃,保温反应1小时,得到种子乳液。然后在不补加乳化剂的情况下滴加有机硅混合单体和十二烷基苯磺酸水溶液,在95℃下保温3小时。降温至40℃以下,用氨水调节pH 值为7～8。

2.2.2　涂料配制

外墙弹性防水涂料按以下基本配方制备,并用砂磨机研磨两道。

表1　外墙弹性防水涂料基本配方原料名称用量(重量)硅丙乳液25～35颜、填料25～40成膜助剂5分散剂　2增稠剂　0.25流平剂　1消泡剂　适量去离子水

30～40

涂料的制备工艺如图1所示。

颜料

水

　填

料助剂

高速分散

低速搅拌

　乳液

研磨包装

图1　外墙弹性防水涂料的制备工艺

2.2.3　性能测试(1)乳液钙离子稳定性测定:配制100g 氯化钙水溶液。按乳液∶氯化钙溶液=1∶4(体积比)的比例将氯化钙溶液加入乳液中,密封后静置48小时,观察其是否分层或破乳。

(2)乳液稀释稳定性测定:将10ml 乳液加入40ml 去离子水中,用玻璃棒轻轻搅拌均匀,密封后静置48小时,观察其是否分层或破乳。

(3)乳液机械稳定性测定:将一定量的乳液装入小塑料瓶中,在1400r /min 的转速下搅拌30min ,观察其是否分层或破乳。

(4)涂层拉伸强度和延伸率的测定:将涂料浇铸成厚1mm ,长15cm 、宽1.5cm 的试条,经7天养护后,用XLL -50拉力试验机测定其拉伸强度和延伸率。拉伸速率:20mm /min 。

(5)涂层粘结强度的测定:粘结强度采用8字模法。将用水泥净浆制成的8字模中间断开,两边分别涂上弹性涂料,自然干燥7天,在8字模拉伸试验机上测定粘结强度。

(6)涂层的耐沾污性按GB9780-88测定。(7)涂层的不透水性按JC500-92附录A2.6、A8测定。

(8)涂层的耐水性按GB1723测定。

(9)涂层吸水率的测定:在玻璃板上制得均匀的薄膜,揭下后称重,然后浸入去离子水中24小时,取出后用滤纸吸干表面水分,再次称重,计算吸水率。

(10)涂层的其它力学性能测定均按JC500-92规定的方法进行。(11)红外光谱测定采用PE Pargon 1000傅利叶红外光谱仪。

(12)热失重分析测定采用PE Series7型热分析仪,升温速度:20.0℃/min ,升温范围:30～600℃。3　结果与讨论

3.1　有机硅改性丙烯酸酯弹性乳液的制备3.1.1　聚合机理

在有机硅改性弹性乳液制备过程中,同时存在有机硅单体的开环聚合与丙烯酸酯单体的自由基聚合,并且两种结构通过两种单体上的双键结合在一

起,形成具有微交联结构的弹性乳液。其反应历程可简述如下:

一方面,有机硅单体在酸的作用下进行开环共聚,生成含有乙烯基的聚硅氧烷。

D 4+D v

4

Si CH 3

CH 3

O Si CH 3CH 3

O Si CH 3CH CH 2

另一方面,丙烯酸酯以及聚硅氧烷中的乙烯基在引发剂的作用下进行自由基聚合。由于每一有机硅氧烷分子链上含有多个乙烯基,可同时参与自由基聚合,因此最终形成的聚合物是以有机硅氧烷为主链、聚丙烯酸酯为支链的微交联聚合物。