建筑涂料用硅丙乳液的研究进展(一)_市场评述_技术文章_行业资讯

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建筑涂料用硅丙乳液的研究进展(一)

hc360慧聪网涂料行业频道 2004-02-06 18:27:18

1、前言　　在数十种高性能建筑涂料中，有机硅改性丙烯酸酯涂料（简称硅丙涂料）特别适用於建筑物的外墙装饰。这是因为硅丙涂料具有如下特点：有机硅树脂Si-O键能（450kJ/mol）远大於C-O键能（345kJ/mol）和C-C键能（35kJ/mol），具有优良的耐热性、耐候性、保光性和抗紫外光等性能；有机硅树脂表面能低，不易积尘，具有抗沾污性，缺点是不能常温自乾。丙烯酸树脂也有良好的耐候性和保光性，并且具有常温自乾的特点，但是由於本身的热塑性所限，线形分子上又缺少交联点，难以形成三维网状交联涂膜，因此，其耐高温性差，易高温回粘，低温时又缺乏弹性，涂膜发脆。用有机硅对丙烯酸树脂进行改性，可以使其兼有两者的优点。与普通的醋丙、苯丙、纯丙涂料相比，硅丙涂料具有超耐候性、高耐沾性及耐高低温性良好。一般的丙烯酸酯涂料使用寿命为5～10年，耐硅丙涂料可达15～20年。与含氟耐候性涂料相比，两者的耐候性差不多，但硅丙树脂在耐沾污性、附着性和价格方面占优势。据预测，有机硅改性丙烯酸酯涂料是近年来发展最快、最有开发前景，且还处於研究开发阶段的高性能外墙涂料品种之一。近几年，溶剂型硅丙涂料已用於建筑物的外部装饰，取得了较好的使用效果。但受到越来越严格的环保法规的限制，溶剂型涂料作为建筑涂料大面积使用受到限制，促使建筑涂料向水性化方向发展，硅丙乳液成为其中的研究热点。　　2、有机硅改性的方法　　2.1 物理改性法　　将有机硅乳液和丙烯酸酯乳液混合，采用乳液共混的方法制备的聚硅氧烷/丙烯酸酯乳液稳定性较差，易发生相分离。这主要是因为聚硅氧烷与聚丙烯酸酯的结构和极性相差大，而聚合物分子之间又没有化学键作用，二者相容性差；且聚硅氧烷表面能低，因此出现相分离和聚硅烷的表面迁移现象Richard、范青华等人提出采用加入增溶剂或交联剂的方法来改善共混乳液的相容性。在丙烯酸酯乳液上接枝对聚硅氧烷有亲和力的物质（即增溶剂），然后再与聚硅氧烷乳液共混。这种方法中增溶剂的加入降低了聚硅氧烷相和丙烯酸酯相之间的界面张力，可明显提高两相间的相容性。但研究发现，聚硅氧烷向膜表面的富集现象仍比较显著，这可能是因为增溶剂的加入虽然降低了两相间的界面张力，但是对聚丙烯酸酯与空气间的界面张力影响不大，聚硅氧烷在膜的表面富集时，表面能仍低，因此加入增溶剂不能显著抑制聚硅氧烷的表面富集。使带有羟基的活性聚硅氧烷与三官能的甲基硅酸钾的碱溶液（即交联剂）进行脱水缩聚反应，然后再与丙烯酸酯乳液进行共混。这种方法中交联剂与聚硅氧烷分子间产生化学键作用，通过链的缠结和接枝抑制了聚硅氧烷分子的表面迁移，因此，是改善宏观相分离的一种有效的方法。　　2.2 化学改性法　　通过化学反应，将硅氧烷链引入到丙烯酸酯分子链上，使极性相差很大的聚合物分子间形成化学键。化学改性明显提高了两相之间的相容性，在一定程度上控制了有机硅分子链的表面迁移和有机硅的微观形态，具有聚硅氧烷/聚丙烯酸酯的简单物理共混所没有的种种优良性能，故化学改性更具有应用前景。按硅丙之间聚合反应类型，化学改性主要分为两种：接枝缩合反应型和加成共聚反应型。　　2.2.1 硅丙缩合反应　　利用丙烯酸酯单体分子链的活泼官能团与硅氧烷链（或聚硅氧烷链）的末端或侧基活泼官能团缩合反应，完成有机硅的引入。常用的有机硅为活性硅烷类和活性硅氧烷类。　　2.2.2 硅内加成反应　　采用含双链的有机硅单体或聚硅氧烷和丙烯酸酯类单体加成共聚，在聚合物主链引入硅氧烷，制得结构稳定的硅丙树脂。此法是目前最常用也是最有效的方法之一。研究报道有机硅改性丙烯酸酯乳胶涂料通常选用硅氧烷低聚物、硅氧烷偶联剂、丙烯酸系不饱和单体多元体系。硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的有机硅化合物，分子式为Y-R-SiX，X和Y是两类反应特性不同的活性基团，硅丙乳液中X通常为烷氧基，Y含不饱和键。烷氧基水解生成Si-OH基团，在一定条件下与硅氧烷低聚物进行硅醇缩合；Y不饱和键在引发剂作用下与丙烯酸酯类不饱单体加成聚合。偶联剂在硅丙之间起到桥梁作用，完成有机硅的引入。常用的硅烷偶联剂有：乙烯基三乙氧基（甲氧基）硅烷、丙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等。为了引入更多的硅氧烷键，而又不破坏体系的稳定性，可将含乙烯基团的硅烷单体先与有机硅低聚体（如八甲基环四硅氧烷）在酸性条件下开环聚合成带乙烯基的低聚硅氧烷，再将它与丙烯酸酯类单体共聚。环体开环重排降低了空间位阻，减小了乙烯基密度，更有利於硅丙之间的加成反应。　　利用共聚方法制备的聚硅氧烷/丙烯酸酯乳液，一方面有机硅分子链接枝到丙烯酸酯分子链上，使相容性差的聚合物分子间形成化学链，从红外（IR）、核磁（NMR）、扫描电镜（SEM）图中可以证实硅氧烷和丙烯酸酯分子间发生了共聚。尽管有机硅改性丙烯酸树脂的途径、聚合方式及其品种较多，但并非都适用於配制建筑涂料，能用於配制外墙涂料的树脂必须具有优异的耐候性，且成本适中，工艺简单。采用含乙烯基团的有机硅烷和丙烯酸酯类单体加成共聚合成硅丙乳液，是制备高性能硅丙乳胶漆的重要方法之一，符合环保要求及作为建筑涂料的使用特点。
信息来源：溪云


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