改性氨基丙烯酸乳胶漆的研制
李江年1, 王德智1, 周丽玲2, 唐林生2
(1. 日照金马化工有限公司, 山东日照276825; 2. 青岛科技大学化工学院, 山东青岛266042)

氨基丙烯酸水性漆是国外早开发成功的水性漆之一, 在国外已较广泛地用于涂装卷材, 汽车和罐听外壁等。早期研制的氨基丙烯酸水性漆为水溶性或水溶胶漆, 这类漆涂膜性能较好, 但因存在着干燥慢、烘烤时易爆泡等问题而未能获得较好应用。氨基丙烯酸乳胶漆具有干燥性能良好的特点, 但漆膜的光泽度、平整性和耐水性较差。近些年不少专利报道, 采用丙烯酸水溶性树脂或水溶胶和丙烯酸乳液混合能改善氨基丙烯酸水性漆的性能。在国外专利的基础上, 本工作用羟基丙烯酸水溶胶改性氨基丙烯酸乳胶漆进行了研究, 取得了良好效果。

1　实验方法
1. 1　羟基丙烯酸乳液的合成
1. 1. 1　配方
羟基丙烯酸乳液的典型配方见表1。
表1　羟基丙烯酸乳液配方

单体的配方按Fox T g= 10℃设计, 当改变丙烯酸和丙烯酸羟乙酯用量时, 根据Fox 公式相应调整甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酸的用量。
1. 1. 2　操作步骤
① 在装有搅拌器、冷凝管、温度计和滴液漏斗的四口烧瓶中加入(2) 和1/3 (1) , 搅拌进行预乳化; ② 加温至75℃后加1/3 (3) 引发聚合至产生蓝光; ③ 在80～ 85 ℃的条件下, 滴加剩余的2/3 (1)
和2/3 (3) , 滴加时间约为1. 5 h; ④ 滴加完毕后于80～ 85 ℃保温1. 5 h; ⑤ 降温至室温, 在搅拌下加氨水中和至pH= 7. 5～ 8. 0, 过滤得产品。
1. 1. 3　乳液性能测试
转化率: 采用重量法测定;
化学稳定性: 用试管取25mL 乳液, 用移液管加入5mL 质量分数为5% 的氯化钙溶液, 摇匀后放置于试管架上, 过48 h 后观察, 如发现分层、沉淀、絮凝等现象, 即为不合格;
聚合稳定性: 乳液聚合结束后, 用300 目铜筛网过滤, 滤渣用水仔细洗涤后, 烘干至恒重, 用该质量与单体总质量的质量比来表示聚合稳定性,该值愈大, 聚合稳定性愈差;
机械稳定性: 采用承德实验机有限责任公司产XR 214 乳胶高速机械稳定性测定仪测定。取50g 经300 目铜筛网过滤的乳液于14 000 r·m in- 1搅拌5 m in 中, 再用300 目铜筛网过滤, 其筛余物经烘干、称重, 该质量与乳液的质量比表示乳液的机械稳定性。该比值愈大, 机械稳定性愈差。
1. 2　羟基丙烯酸水溶胶树脂的合成
参照文献[ 7 ]的方法合成。树脂的相对分子质量以聚苯乙烯为标样, 采用德国产W aters1515 凝胶渗透色谱仪测定。AA 和HEA 的质量分数分别为6% 和10% , T g= 10 ℃(Fox 公式计算值) ,M w
6 500～ 7 000,M n 2 400～ 2 500。
1. 3　固化剂的合成
采用完全和部分甲醚化三聚氰胺甲醛树脂(分别简称为H1 和H2) 作固化剂, 参照文献[ 8 ]的方法合成。
1. 4　水性漆的配制
参照文献的方法配制。所用成膜树脂为羟基丙烯酸水溶胶和乳液的混合物, 水溶胶占成膜树脂质量的25% (按不挥发物计)。
1. 5　涂料的性能测试
粘度: 采用NDJ21 型(上海天平仪器厂) 旋转粘度计于23～ 25 ℃测定;
涂膜的制备: 将配好的漆涂刷在标准马口铁片上, 待表干后于150～ 155 ℃(H1 ) 或125～130 ℃(H2) 烘烤15 m in。一般涂刷两次。制好的涂膜供测试涂膜性能用;
干燥率: 将漆涂刷在干的标准马口铁片上后立即放于JY2502 电子天平(上海精密科学仪器有限公司产) 上跟踪测定挥发量(温度23～ 27 ℃,相对湿度55%～ 60% ) , 该挥发量与总挥发量(湿涂膜在105 ℃烘至恒重时的挥发量) 之比称为干燥率;
抗冲击强度: 采用天津伟达实验机厂生产的QCJ 漆膜冲击器测定;
光泽度: 采用天津伟达实验机厂生产的KJZ21B 镜向光泽度仪(45 ℃) 测定;
附着力: 采用天津伟达实验机厂生产的Q FZ附着力测定仪测定;
耐水性: 将涂有涂膜的马口铁片置于50～ 53℃的温水中浸泡, 观察起泡所需时间, 所需时间越长则耐水性越好;
涂膜硬度: 采用铅笔硬度法测定[7 ]。

2　结果与讨论
2. 1　对羟基丙烯酸乳液聚合的影响因素
2. 1. 1　乳化剂用量
采用O P210 和十二烷基联苯醚二磺酸钠复合乳化剂。考查该乳化剂的用量对乳液聚合的影响, 结果见表2。随着乳化剂用量减少, 乳液的蓝光有所降低, 聚合稳定性下降。当质量分数为1. 5 % 时, 聚合过程中出现少量结块。乳化剂用量过多会影响到涂膜的耐水性、并更易产生气泡。综合考虑, 确定乳化剂质量分数为1. 7%。
表2　乳化剂用量对乳液聚合的影响