高耐沾污弹性外墙乳胶漆的制备及研究
□ 陈剑伟，孔德道，陆燕凤，赖李芳，李祥文，林伟，付绍祥
(三棵树涂料股份有限公司，福建莆田 351100)
0 前言
弹性涂料由于具有良好的热胀冷缩而能有效解决建筑基层表面产生的细微裂纹问题而受到市场的欢迎。弹性涂料主要组成是弹性乳液，其玻璃化温度低于环境温度，在使用的环境温度下为弹性体。弹性涂料涂膜因其弹性，涂膜柔软，尤其是在夏季炎热的天气条件下，涂膜表面甚至发黏，极易沾灰，使其耐沾污性大大下降，装饰效果变差。因此，涂膜弹性和耐沾污性之间的矛盾成为弹性乳液合成及涂料配方设计研究的重点。采用特殊乳液聚合技术提升涂料特殊性能是当前研究热点，核壳乳液聚合由于其多变的分子设计可赋予乳液不同的特殊性能，在涂料等领域极具实用价值。本文采用特殊核壳技术设计了一款具有很好耐沾污性能且弹性性能也优异的乳液，并使用该乳液制备了一种高耐沾污外墙弹性涂料，其JG/T 172—2005[4]耐沾污值测试(新粉煤灰)可达14.61%，室温延伸率达324%。
1 试验部分
1.1 试验原料
乳液部分：丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)、双丙酮丙烯酰胺(DAAM)、己二酰肼(ADH)、阴离子乳化剂十二烷基联苯醚二磺酸钠、非离子型乳化剂烷基酚聚氧乙烯醚，均为市售产品；碳酸氢钠、过硫酸铵、氨水，均为分析纯，国药试剂；去离子水，自制。
涂料部分：钛白粉、重钙、重晶石、消泡剂、润湿剂、分散剂、乙二醇、十二醇酯、AMP-95、增稠剂、纤维素醚、杀菌防霉剂，均为市售产品。
1.2 试验仪器
红外光谱测试采用THERMO SCIENTIFIC公司制造的NICOLET IS10傅里叶变换红外分光光度计进行测试；粒径分析采用马尔文仪器有限公司粒径分析仪MS2000进行测试，乳液样品用蒸馏水稀释分散后测定，试样浓度为0.015%～0.020%，测试条件为室温；拉伸测试采用江苏明珠机械有限公司制造的MZ-4000D电动万能材料试验机进行测试；对比率测试采用上海现代环境工程技术有限公司C84-Ⅲ反射率测定仪进行测试；涂料分散采用上海现代环境工程技术有限公司SFJ-400分散机；扫描电镜采用HITACHI公司S-3400扫描电镜进行测试，样品采用表面喷金处理。
1.3 试验步骤
1.3.1 弹性乳液合成
弹性乳液合成配方见表1。
采用半连续单体滴加法，先将部分乳化剂、缓冲剂加入带有温度计、搅拌器和冷凝管的反应釜中，加入去离子水，使其完全溶解。加入部分单体和引发剂，搅拌升温至60 ℃反应15 min，形成蓝色乳液。80℃时开始滴加核预乳化液，1 h内完成，然后滴加壳预乳化液，1 h内完成；保温2 h，然后除去残余单体；降温并调节pH值出料。
1.3.2 弹性涂料制备
弹性涂料配方见表2。
根据表2配方依次加入水、润湿剂、分散剂、部分防腐剂、消泡剂、纤维素醚等于分散罐中，在分散机搅拌均匀后加入AMP-95、颜填料。高速分散20 min后，加入自制乳液及其他助剂，后调节黏度，过滤包装。
2 结果与讨论
2.1 乳液性能表征
2.1.1 红外光谱分析(见图1)
图5和图6可以看出低温延伸率和热处理延伸率均随着乳液量的增大而递增。说明在低温及热处理后，涂膜的延伸率与乳液用量有关，并随着乳液的用量增大而增大。
由图1可以看出，在1 731.32 cm-1处出现丙烯酸酯类物质的C=O伸缩振动峰，1 164.81 cm-1、1 242.37cm-1是甲基丙烯酸甲酯聚合物中的C—O—C对称伸缩振动引起的，940.79 cm-1为丙烯酸丁酯的特征峰。说明丙烯酸酯类单体参与聚合反应生成丙烯酸酯类聚合物。
2.1.2 粒径分析
由图2可以看出该乳液平均粒径为120 nm，具有较好的分散性。从粒径测试数据可以看出，采用预乳化半连续滴加方法制备的乳液粒径呈一定的范围分布。
2.2 涂料性能测试
2.2.1 涂料拉伸性能研究
图3～图6为弹性乳胶漆的拉伸性能测试，分别考察了不同乳液用量的弹性乳胶漆室温下(25 ℃)的拉伸强度和断裂延伸率，及低温(-10 ℃)和热处理(80℃)后的断裂延伸率。参考标准为JG/T 172—2005。图7为涂料截面扫描电镜测试结果。
从图3可以看出室温拉伸强度在2～3 MPa，当涂膜在29%～33%乳液含量时强度不断增大而在乳液含量33%～39%时强度呈下降趋势。可能原因是由于当乳液含量29%时，粉料填充较多，涂膜疏松，造成强度较低；而随着乳液的量增大到33%涂膜填充较致密，强度增大，当乳液用量增大到33%以上时，乳液用量足以填充涂膜，此时强度随着乳液量的增大而趋于乳液干膜自身的强度，因此呈现下降趋势。图4说明随着乳液量的增多，延伸率呈现先增加后平稳的趋势。当乳液用量29%～33%时，涂膜中的弹性成膜物质增多，延伸率不断增加；当乳液用量33%～39%时，涂膜中的弹性成膜物质本身的性能成为涂膜延伸率的主要影响因素，故延伸率曲线趋于平稳。
从图3可以看出室温拉伸强度在2～3 MPa，当涂膜在29%～33%乳液含量时强度不断增大而在乳液含量33%～39%时强度呈下降趋势。可能原因是由于当乳液含量29%时，粉料填充较多，涂膜疏松，造成强度较低；而随着乳液的量增大到33%涂膜填充较致密，强度增大，当乳液用量增大到33%以上时，乳液用量足以填充涂膜，此时强度随着乳液量的增大而趋于乳液干膜自身的强度，因此呈现下降趋势。图4说明随着乳液量的增多，延伸率呈现先增加后平稳的趋势。当乳液用量29%～33%时，涂膜中的弹性成膜物质增多，延伸率不断增加；当乳液用量33%～39%时，涂膜中的弹性成膜物质本身的性能成为涂膜延伸率的主要影响因素，故延伸率曲线趋于平稳。
图5和图6可以看出低温延伸率和热处理延伸率均随着乳液量的增大而递增。说明在低温及热处理后，涂膜的延伸率与乳液用量有关，并随着乳液的用量增大而增大。
2.2.2 涂料耐沾污性能研究(见图8)
图8可以看出涂膜耐沾污随着乳液量的增多而递增趋势，但在乳液量33%时出现了突降。可能原因是当乳液含量在29%～31%时，涂膜较为疏松，较多孔洞，容易吸入更多的粉煤灰，使得耐沾污数值较高；当乳液用量33%时涂膜的致密度提高，孔洞量变少，耐沾污提高；33%～39%时，随着乳液量的增大，弹性成膜物质自身成为影响耐沾污数值的主要因素。
从图8中也可以看出，自制的乳液具有优异的耐沾污性能，即使涂料中乳液含量达39%时，涂膜的耐沾污值仍保持在16.8%。说明本试验采用自交联核壳技术制备的弹性乳液很大程度上改善了弹性乳液耐沾污性能差的缺点。
3 结语
(1)制备了一种自交联核壳型丙烯酸弹性乳液，测定了其红外光谱及粒径分布，该乳液粒径呈单分散性分布，平均粒径为120 nm。
(2)采用自制乳液设计了高耐沾污弹性涂料，当乳液用量33%时，其室温强度为2.79 MPa，延伸率324%；耐沾污值14.61%。
