陈松，陈君求
佛山市贝特尔化工有限公司 广东顺德
相对于室内用水性木器涂料而言，户外用水性木器涂料要面对日晒雨淋、 酸雨粉尘、冷热变换幅度大等严苛的环境。相对于其他户外涂料，由于木材本身容易受外界光照、高温、潮湿及微生物的侵蚀而导致木材变形、开裂及老化等问题，因此，户外用水性木器涂料要同时满足户外耐候性、耐水性、耐水解性、柔韧性和弹性、防霉防藻性等性能要求。
丙烯酸乳液价格低廉，无毒，无味，环境友好，用其制成的乳胶涂料具有良好的保光性，保色性和装饰性。但丙烯酸类乳胶涂料还存在耐候性，耐水解性，耐碱性，耐水性差等缺点。由于叔碳酸乙烯酯分子中的α-碳原子上有丰富的烷基，而这些烷基容易形成极大的空间位阻效应，同时具有屏蔽作用，并且对自己及周围基团的起到保护作用，烷基的非极性以及对紫外光的稳定性，使得叔碳酸乙烯酯分子极性小，具有极强的疏水性，并且对紫外光不敏感，其均聚物或其他单体的共聚物具有优良的耐候性，耐水解性，耐碱性，耐水性。
本研究以叔碳酸乙烯酯为功能性单体、甲基丙烯酸甲酯为硬单体，丙烯酸正丁酯为软单体，制备了一种改性丙烯酸乳液，研究了引发剂的种类，乳化剂的种类及配比，叔碳酸乙烯酯的含量对水性丙烯酸乳液性能的影响，获得了比较可靠的工艺参数。该水性丙烯酸乳液可用于户外木器涂料。
1. 实验部分
1.1药品与仪器
实验药品
甲基丙烯酸甲酯( MMA)，工业级，吉林石化；
叔碳酸乙烯酯(VV10)，工业级，荷兰汉森；
丙烯酸正丁酯(BA)，工业级，浙江卫星石化；
乳化剂、引发剂、氨水，工业级；
增稠剂，工业级，明凌；
流平剂，工业级，巴斯夫；
防腐剂，工业级，索尔
实验仪器
数显悬臂式恒速强力电动搅拌机，江阴保利科研器械；
NDJ-8S 数显粘度计，邦西仪器科研（上海）；
LQ-A30002 电子秤，上海瑶新电子科技；
HH-8恒温水浴锅，常州市金坛区环宇科学仪器厂
1.2 水性丙烯酸酯乳液的制备
取部分乳化剂溶于部分水中，在快速搅拌下加入混合好的核/壳单体，预乳化20min，分别得到核层和壳层的预乳液。在装有搅拌器、冷凝管、温度计的四口烧瓶瓶中，加入部分的去离子水，剩余的乳化剂和全部的缓冲剂，作釜底料，边搅拌边加入部分核层预乳液，加热到设定温度，加入部分引发剂水溶液引发聚合反应，当反应乳液变蓝，单体回流消失，温度回落到设定温度后，开始同步滴加剩余核层预乳液和引发剂溶液，滴加完并保温一定时间后，滴加壳层预乳液和引发剂溶液，并保温一定时间。反应结束后，乳液降温至50℃以下，用氨水调节pH至8～9，用200目滤网过滤，得到水性丙烯酸乳液。
1.3 测试方法
凝胶率
聚合反应结束后，将乳液用200目滤网过滤，凝聚物水洗后100度左右烘干至恒质量后（约2h）称量，计算凝聚物占单体总量的百分数。
吸水率
将乳液涂覆在洁净的聚四氟乙烯板上，在烘箱中烘干成膜，称质量，再将涂膜置于去离子水中浸泡24h，取出，吸干表面水分，称质量，计算浸水后漆膜质量增加的百分数。
储存稳定性
取50mL乳液放于60ml玻璃瓶中，密封后置于50度烘箱中存储，每天观测乳液状况，当发现黏度突然增大或有沉淀时，记录存储时间（>7天为通过）存储时间越长，表示存储稳定性越好。
钙离子稳定性
将5ml乳液倒入100ml烧瓶中，加入5ml浓度为0.5%的CaCl2水溶液混合均匀。将混合液倒入试管，静置1天后观察有无分层、沉淀现象。
黏度测定
用NDJ-8S 数显黏度计。
2. 测试与讨论
2.1 引发剂的用量对乳液性能的影响
在引发剂为0.3%时，乳液外观为带蓝光的白色乳液，凝胶率和吸水率均最低；当引发剂低于0.2%或高于0.4%时，均不能合成稳定的乳液。
当引发剂的加入量太少时，分解产生的自由基不足以使单体反应完全，因此合成的乳液的稳定性较差，颜色偏白，乳胶成膜后耐水性较差；
随着引发剂用量的增加，反应活性中心增多，使得聚合反应容易进行，乳液黏度增大，乳液稳定性提高，耐水性提高；
但引发剂量太多时会分解产生过多的自由基，使反应剧烈，合成过程中出现凝胶。
2.2 乳化剂用量的影响
随着乳化剂用量的增加，乳液的外观逐渐变透，乳液的粘度逐渐增加，凝胶率逐渐减少，吸水率逐渐增加，稳定性变好。
这是因为乳化剂的浓度关系到胶束的多少。乳化剂用量的增加，胶束数量增多，聚合物不易结块，存储稳定性好。同样，胶束的增多，乳液的黏度增加，乳液的外观更通透。但乳化剂的用量增加，乳液中的亲水基团增加，乳液在成膜后的吸水率也增加，当乳化剂为1%时吸水率变大的原因是乳液粒子过大，成膜不致密的原因。
2.3 乳化剂配比的影响
在乳化剂的总量一定的情况下，随着阴离子乳化剂的比例的增加，乳液的粘度增加，吸水率增加，钙离子稳定性降低。
因此要合成综合性能优异的乳液，需要调整阴非离子乳化剂的比例，阴离子乳化剂可提高机械稳定性和冻融稳定性，非离子乳化剂可提高钙离子稳定性。
2.4 叔碳酸乙烯酯含量对乳液性能的影响
随着叔碳酸乙烯酯的量的增加，乳液的外观有微透变成乳白色再到有不稳定的凝胶，乳液的黏度逐渐减小，凝胶率逐渐增加，乳胶膜的吸水率逐渐降低。这是因为叔碳酸乙烯酯的特殊的结构阻挡了水对分子链段的侵蚀，提高了耐水性。另外，叔碳酸乙烯酯的量超过15%，在该体系中不容易稳定，这可能是因为叔碳酸乙烯酯比常规的丙烯酸单体难聚合的原因。
2.5 水性户外木器漆的制备及性能测试
水性户外木器漆配方
将叔碳酸乙烯酯改性丙烯酸乳液加入容器中，加入消泡剂1，600r/min搅拌5min；将成膜助剂1、成膜助剂2、流变助剂、润湿流平剂、增稠剂、H2O混合均匀后，缓慢加入容器中，1200r/min搅拌10min；最后加入消泡剂2、防腐剂搅拌5min后过滤出料，得到水性户外木器漆。检测结果如下：
由该叔碳酸乙烯酯改性丙烯酸乳液配置的水性木器户外漆和未改性的水性木器户外漆分别在松木板上刷4道，在户外做晒版测试，1年后改性丙烯酸样板稍有失光但无开裂现象，未改性的丙烯酸乳液失光严重且边角处开裂严重。原因是叔碳酸乙烯酯分子中的α-碳原子上的烷基容易有极大的空间位阻效应和屏蔽作用，并且对自己及周围基团保护，具有极强的疏水性，并且对紫外光不敏感，从而使改性丙烯酸乳液具有更好的耐候性和耐水性。
3.结语
叔碳酸乙烯酯改性丙烯酸乳液的引发剂的最佳量是0.3%，乳化剂的最佳量是2%，阴离子乳化剂的最佳配比是50%；
该叔碳酸乙烯酯改性的丙烯酸乳液有优异的耐候性和耐水性，可用于水性户外木器漆。
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