苯丙乳液的合成及水性防锈涂料的制备研究

姜海燕 , 何立凡 , 李效玉　

        ( 北京化工大学材料科学与工程学院 , 北京 100029)
 
 
　　摘　要 : 以丙烯酸丁酯、苯乙烯为主单体 , 甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸为交联单体 , 磷酸酯 PAM - 200 为功能单体合成了一种具有核壳结构的交联苯丙乳液。研究了乳化剂的用量和配比、交联单体用量以及磷酸酯功能单体的用量对乳液及涂膜性能的影响。当乳化剂用量为单体总量的 1 .5% , 核层为 DSB (0. 5% ) /SE - 10N (0. 5% ) , 壳层为 SE - 10N (0. 5% ) ; 交联单体用量为所在层单体总量的 3% , 磷酸酯功能单体用量为壳层单体总量的 4% 时 , 乳液及其涂膜具有较好的综合性能。该乳液配制的水性防锈涂料与普通苯丙乳液相比具有更优异的防锈性能 , 在 3% 的盐水中浸泡 400 h 漆膜无起泡生锈现象。

    关键词 : 水性防锈涂料 ; 苯丙乳液 ; 磷酸酯功能单体

    0 　引　言

    涂料水性化是保护环境和节约石油资源的共同要求 [ 1 ] 。在金属材料的中度防腐领域 , 防腐涂料的水性化有非常大的发展空间。由于丙烯酸聚合物具有耐热性、耐候性、耐腐蚀性、耐沾污性、保光保色性、附着力高和价格低等优点 , 辅以硬单体苯乙烯合成的苯丙乳液 , 常被用作水性防锈涂料成膜体系 , 但苯丙乳液涂膜致密性差 , 涂膜对水蒸气屏蔽性能较差。使乳液交联可以很好地解决丙烯酸酯涂膜致密性差的问题 [ 2 ] ; 同时在乳液共聚合时引入磷酸酯功能单体 , 利用磷酸基团与金属表面的相互作用 , 增强涂膜与金属的附着力、提高抗闪蚀性能 , 同时增加乳液的钙离子稳定性 [ 3 ] 。

    本文以苯乙烯和丙烯酸丁酯为共聚单位 , 以甲基丙烯酸缩水甘油酯 ( GMA) / 甲基丙烯酸甲酯 (MAA) 为交联单体体系 , 同时引入具有抗闪蚀功能的磷酸酯功能单体 , 合成了一种核壳苯丙乳液 , 研究了乳化剂用量、交联单体及功能单体的应用对乳液及涂膜性能的影响 , 并以该乳液为基料制备了一种防锈性能优异的水性防锈涂料。

    1 　实验部分

    1 .1 　试剂和仪器

    所用原料及配方见表 1 。

    ZETA SIZER 型粒径分析仪 ( 英国马尔文公司 ) ,DV - 1 型旋转式智能数显黏度计 ( 上海群昶科学仪器有限公司 ) , QFD 型电动漆膜附着力试验仪 ( 天津市材料试验机厂 ) 。

    表 1 　乳液合成典型配方

    1 .2 　实验方法

    1 . 2 . 1 　苯丙乳液的制备

    第一步核聚合物乳液的合成 : 向装有温度计、搅拌装置、回流冷却器及滴液漏斗的四口瓶中加入复合乳化剂、去离子水、 pH 值缓冲剂 , 搅拌融解均匀后 , 加入 50% 混合单体 (BA 、 St 、 GMA) 作为核层单体 , 搅拌通氮 30 min 后升温至 60 ℃ , 一次性加入 1 /2 的引发剂 , 温度上升 , 待体系温度回落至 60 ℃ , 得到核聚合物乳液。

    第二步核壳聚合物乳液的合成 : 在核聚合物乳液基础上 , 开始滴加混合均匀的剩余单体 (BA 、 St 、 MAA 、 PAM - 200) 、引发剂、乳化剂 , 1 h 滴完 , 继续保温 2.5 h, 得到核壳聚合物乳液。

    降温到 35 ℃ 以下 , 调节 pH 值为 7 ～ 8, 用 100 目的钢丝网过滤 , 出料。

    1 . 2 . 2 　防锈涂料的制备

    在高速分散缸中加入去离子水 , 依次加入分散剂 (BYK192) 、缓蚀剂 (15% 亚硝酸钠溶液 ) 、颜填料 ( 磷酸锌、滑石粉、云母铁红 ) , 分散搅拌均匀后用锥形磨研磨 , 直至细度达到 30 μ m 以下 , 制得浆料。然后在低速搅拌下将乳液加入浆料中 , 加入成膜助剂、增稠剂、 pH 值调节剂、消泡剂 (BYK19) 混合搅拌均匀 , 过滤出料。

    水性涂料配方如表 2 所示。