木器涂料用苯丙微乳液的合成及其改性研究

摘要

水性丙烯酸酯乳胶漆在建筑涂料领域得到了广泛应用，而在木器涂料中研究应用较少，主要原因是传统丙烯酸酯乳液不能满足木器涂料低成膜温度、高硬度、高光泽度、良好的附着力及优异的耐水性等要求。为了形成具有优良性能可用于木器涂料的丙烯酸酯乳液涂膜，需要对传统丙烯酸酯乳液进行改性，以满足木器涂料的特殊要求。本课题从“粒子设计”思想入手，选择合适的单体，采用种子乳液聚合法制备出具有硬核软壳结构的苯丙微乳液，并对苯丙微乳液进行改性。主要有以下方面的工作：
　　 采用改进的乳液聚合方法，核壳全滴加的方式加料，制备了粒径为78.7nm，多分散系数(PDI)为0.059的苯丙核壳微乳液。以粒径、附着力、硬度、吸水率和接触角五个指标为依据，系统研究了单体比例、乳化剂种类用量和比例、引发剂用量、聚合工艺、反应温度等因素对乳液及涂膜性能的影响，结果表明，软硬单体比例为1/2，单体含量为45[％]，乳化剂Dow/NP-10为2/1，用量为体系的2[％]，引发剂用量为0.3[％]，反应温度为78℃，乳液具有良好的聚合稳定性和化学稳定性，漆膜具有较好的吸水率、硬度、耐水性和接触角。
　　 通过动态光散射(DLS)的原理测量不同反应阶段乳胶粒子的粒径，结果表明聚合主要在胶束中进行，单体在乳化剂及搅拌作用下进入胶束，被胶束中的自由基捕捉成核。理论模型计算表明，两阶段乳胶粒子数目大致相当，聚合物微乳液为核壳结构，壳层阶段没有形成新的乳胶粒子。
　　 研究了AA加入方式对乳液粘度的影响，结果表明，AA主要在后期加入，羧基会分布在聚合物链的表面，此时具有最大的碱增稠效果。
　　 通过FTIR、TEM等手段对聚合物粒子的结构进行了表征，结果表明，核壳全滴加法合成的苯丙微乳液具有核壳结构，MMA、St、BA和AA四种单体实现了共聚，具有良好的附着力及硬度。
　　 为了进一步提高苯丙微乳液胶膜耐水性、附着力和硬度，从两个方面对苯丙微乳液进行改性: 加入功能单体进行交联改性和引入反应型乳化剂进行微皂改性。NMA能使聚合物发生交联反应，从而改善漆膜硬度和耐水性；有机硅A-172用量为20g时，涂膜吸水率降为2.84[％]，接触角为76.5°；HPAA用量为10g时，涂膜附着力为1级，吸水率10.37[％]，粒度为74.8nm，乳液外观半透明；乳液性能得到不同程度的改善；微皂乳液改性主要是通过反应型乳化剂取代常规乳化剂，COPS-1用量为1.0g时，涂膜吸水率为13.61[％]。
　　 通过正交试验对乳液配方进行了优化，得出最优条件：NMA用量为1.0g、A-172用量为20g、乳化剂用量为1.75[％]、HPAA用量为5g，涂膜附着力为1级，铅笔硬度2-3H，耐水性24h不发白。