可聚合乳化剂对丙烯酸乳液性能的影响

2008/7/31/08:20 来源：涂料涂装资讯网

黄宏志 , 沈　玲 , 熊娉婷 , 孙　泰 , 鲁德平 , 管　蓉　

( 湖北大学化学化工学院 , 武汉 430062)

　　摘　要 : 用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯及丙烯酸 - 2 - 羟丙酯作主单体 , 丙烯酸作功能单体合成了水性涂料用纯丙乳液 , 比较了常规乳化剂和可聚合乳化剂对丙烯酸酯乳液性能 ( 包括聚合稳定性 , 化学稳定性等 ) 的影响 , 同时用透射电镜观察了粒子形态。结果表明 : 使用可聚合乳化剂烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯 (10) 醚硫酸铵 (DNS - 86) , 能有效改善乳液的性能。

关键词 : 水性涂料 ; 丙烯酸酯乳液 ; 可聚合乳化剂

0 　引　言

随着对环保及能源的重视 , 水性涂料已成为涂料发展的一个重要方向。在水性涂料中占绝对优势的产品是乳胶涂料 , 其中丙烯酸酯涂料由于其涂膜具有优异的耐水、耐碱、耐光、耐老化性 , 较好的弹性和保色性而得到广泛应用 [ 1 ] , 具有低毒、对环境友好等性能 , 是建筑涂料体系中最具发展前途的一类产品 [ 2 ] 。

乳化剂是实施乳液聚合的四大要素 ( 单体、水、引发剂和乳化剂 ) 之一 , 它吸附于单体珠滴和乳胶粒表面 , 使聚合物乳液保持稳定 , 同时还直接影响着乳液聚合反应速率、聚合物相对分子质量、乳胶粒子大小和分布以及乳液黏度等。聚合物乳液除了要求在制备过程中保持良好的聚合稳定性外 , 还需要具备一定的化学稳定性、机械稳定性、冻融稳定性、贮存稳定性以及与颜填料和助剂的混合稳定性等 [ 3 - 5 ] , 而乳化剂对这些性能的影响非常大。在乳液聚合中 , 常用的乳化体系有十二烷基苯磺酸钠 (DBS) 、壬基酚聚氧乙烯醚 (OP - 10) 、十二烷基硫酸钠 ( SDS) 等。但是这些常规乳化剂通常是以物理吸附方式附着在聚合物粒子表面 , 进行乳液聚合时 , 存在一些弊端 [ 6 - 10 ] , 比如 : 乳液受到高剪切力、高低温影响时乳化剂层容易破坏 , 导致凝胶 , 乳液稳定性差 ; 成膜过程中 , 水相中残存的乳化剂分子会阻碍乳胶粒子聚集 , 从而降低成膜速度 , 导致初始粘力低。而可聚合乳化剂通过分子中的碳碳双键与所吸附的基体发生共聚反应 , 从而永久地键合到聚合物粒子上 , 既对基体起表面活性作用 , 同时也成为基体的一部分 , 克服了常规乳化剂在聚合物中残留造成的不良影响 , 改善了乳液的稳定性。

本文主要探讨了可聚合乳化剂烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯 (10) 醚硫酸铵 (DNS - 86) 对丙烯酸酯乳液性能的影响。采用半连续法制备了丙烯酸酯乳液 , 测定了乳液的聚合稳定性、化学稳定性、贮存稳定性等性能 , 并与常规乳化剂进行了对比。

1 　实验部分

1. 1 　原材料及仪器

丙烯酸 (AA) 、十二烷基硫酸钠 ( SDS) : 化学纯 ; 丙烯酸丁 __ 酯 (BA) 、甲基丙烯酸甲酯 (MMA) : 工业级 ; 过硫酸铵 (APS) 、十二烷基苯磺酸钠 (DBS) 、壬基酚聚氧乙烯醚 (OP - 10) : 分析纯 ; 烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯 (10) 醚硫酸铵 (DNS - 86) : 清新县汉科化工科技有限公司。

电子恒速搅拌器 ; 恒温磁力搅拌器 ; JEM - 100SX 型透射型电子显微镜 ( 日本 ) ;NXS - 11A 型旋转黏度计。

1. 2 　乳液合成

按照一定的配方合成了 3 种丙烯酸酯乳液 , 其中乳化剂的选用为 :

① m ( SDS) ∶ m (OP - 10) = 1 ∶ 1; ② m (DBS) ∶ m (OP - 10) =1 ∶ 1; ③ DNS - 86 。

聚合工艺 : 采用半连续滴加法 , 聚合反应在 (80 ± 2) ℃下进行 , 滴加时间为 4 h, 反应完全后 , 冷却 , 用氨水调 pH 值至 7 左右 , 最后过滤出料。

1. 3 　性能测试

(1) 聚合稳定性 : 反应结束后 , 刮下烧瓶壁上、搅拌杆上以及过滤网上的凝胶然后称其总质量 , 总质量除以单体的总量 , 即得凝胶率 , 根据凝胶率的大小即可判断乳液的聚合稳定性。