超低VOC 内墙涂料用核壳结构苯丙乳液的制备研究
陈立军, 陈丽琼, 张欣宇, 杨建, 李荣先
(深圳清华大学研究院,广东深圳518057)
在内墙乳胶涂料中,绝大多数VOC 来源于成膜助剂。成膜助剂是一种可以挥发的暂时性增塑剂,能促进乳胶粒子的塑性流动和弹性变形,改善其聚结性,使其在广泛的施工温度范围内成膜。若成膜助剂在成膜后还滞留在涂膜中,所形成的膜会很软,力学性能和抗粘性都很差,只有成膜助剂从聚合物膜内挥发到空气中才能得到高性能的膜[1]。因此,在乳胶涂料中少用或不用成膜助剂,并使其仍具有较低的低成膜温度(MFT)、良好的力学性能、抗粘性、稳定性,是乳胶涂料走向超低VOC 涂料的必由之路。目前,通常是采用乳液混拼技术来获得超低VOC 乳胶涂料的基料。笔者采用壳单体预乳化的核壳乳液聚合工艺制备出硬核软壳的苯丙乳液。该乳液具有高玻璃化温度(Tg)、低MFT 和良好稳定性,能够满足配制超低VOC 建筑内墙涂料的需要。
1.1 实验原材料及配方(见表1)
1.2 核壳乳液聚合
1.2.1 核单体的预乳化
先将适量蒸馏水和部分乳化剂加入到带有搅拌器的四口烧瓶中,并将水浴加热至45 ℃,在搅拌条件下,将全部壳单体BA 和部分MAA 在30~35 min 内均匀滴加至四口烧瓶中,得到外观呈乳白色的稳定壳单体预乳化液,备用。
1.2.2 种子乳液聚合
将适量水、剩余乳化剂、NaHCO3、部分引发剂和部分核单体St 加入到带有搅拌器、回流冷凝管、温度计、滴液漏斗的四口烧瓶中,在搅拌条件下,水浴升温至80 ℃,反应一段时间至反应液出现明显蓝光并无明显回流时,将剩余的核单体在90min 内均匀滴加完毕,其中在反应60 min 后,滴加适量的引发剂溶液,聚合生成核种子乳液。
1.2.3 核壳乳液聚合
种子乳液聚合反应完毕后,降温至50 ℃,加入适量的壳单体预乳化液,溶胀一段时间后升温至80 ℃,将剩余的壳单体预乳化液和引发剂溶液同时在100 min 内均匀滴加至四口烧瓶中,温度控制在80 ℃左右,加料完毕后,保温30 min,随后升温至90 ℃,保温45 min,然后降温至60 ℃,用氨水调节pH 值至8.0~9.0,过滤出料,即得苯丙乳液。
1.3 乳液主要性能测试方法
(1)低成膜温度MFT:将乳液样品均匀地涂布在QMB型低成膜温度测定仪上,记录样品形成均匀涂膜的低温度。
(2)乳液Tg:采用MDSC 2910 进行DSC 分析,升温区间- 20~100 ℃,升温速率为20 ℃/min。
(3)乳液黏度:用美国Brookfield 公司生产的布氏黏度计,采用2 号转子,转速固定在20 r/min,在室温条件下进行测试。
(4)聚合物乳液的稳定性:①离子稳定性,配制1%(质量浓度)的CaCl2 溶液,将CaCl2 溶液与乳液以1∶5 的比例混合,摇匀后在试管中静置24 h,观察乳液是否出现分层、破乳现象;②机械稳定性,将一定量的乳液用增力电动搅拌器高速搅拌30 min;③冻融稳定性,将待测试样装入100 mL 的塑料瓶,在- 10 ℃冷冻16 h,室温融化8 h,完成1 次冻融循环,如此循环5 次;④稀释稳定性,取1 mL 乳液加入50 mL 比色管中,加入蒸馏水稀释至50 mL,用玻璃棒上下搅拌均匀,封闭好后静置48 h,观察是否有分层、破乳现象;⑤ 热稳定性,将50 g乳液装入测试瓶中,在60 ℃下保持120 h,观察并记录其状态变化。
(5)乳液粒子平均粒径:采用ZS Nano S Malvern 纳米粒度分析仪,选择聚苯乙烯为分散质,水为分散剂,在室温条件下测量。
(6)乳液的结构分析:①透射电镜观察,将制备乳液用水稀释后,以OsO4 蒸熏48 h 染色置于铜网上,用TECNAI G212透射电镜观察乳胶粒形态;②红外光谱测定,取聚合物乳液涂于KBr 片上,烘干溶剂,用傅立叶红外光谱仪测定。
2 结果与讨论