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超低VOC含量乳胶涂料配制技术——乳液混拼技术

发布日期:2009-06-29

1 前言

随着人们对环保要求的提高 , 对有机挥发物 (volatile organic compounds ,VOC) 进行限制的呼声也越来越高 ,这是由于 VOC 的排放是造成光化学污染和臭氧层破坏的最主要的原因之一。其中相当数量的 VOC 是来源于工业和建筑涂料中的。因此 , 生产无污染、绿色的低 VOC 乃至超低 VOC 涂料 , 以保护十分危急的生态环境 , 已成为涂料技术发展的一个重要趋势。

对于采用聚合物乳液为主要成膜物质的乳胶涂料而言 , 由于聚合物乳液的分散相为水 , 其在环保方面的优势是得天独厚的 , 然而其中还含有至少 4 % 以上的 VOC 。在乳胶涂料中 ,VOC 中的绝大多数来源于成膜助剂。根据乳胶涂料的成膜机理 , 聚合物乳液在成膜过程中需要聚合物粒子相互融合。若聚合物太硬 , 其最低成膜温度 (MFT) , 施工温度接近或低于 MFT , 则乳胶涂料不能形成完整的膜 , 或成膜不充分 , 这样就会出现耐水性、耐久性下降及对基材附着力下降、涂膜光泽不好、产生微观裂纹和发色不均匀等问题;若聚合物太软 ,尽管以上缺点可以克服 , 但又出现了新的问题 , 即涂膜力学性能下降、易划伤、耐污性降低等。因此 , 为了使涂膜具有良好的力学性能和耐沾污性 , 乳胶涂料所选用的聚合物的玻璃化转变温度 ( Tg ) 一般不能太低。同时为改善涂料的低温施工性 , 提高涂膜的最终性能 , 需要在乳胶涂料中需加入一定量的成膜助剂。成膜助剂是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。但若成膜助剂在成膜后还滞留在涂膜中 , 那么所形成的膜会很软 , 力学性能和抗粘连性都很差 , 在这种技术下 , 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。因此在乳胶涂料中不用或少用成膜助剂 , 并使其仍具有较低的最低成膜温度、良好的力学性能和抗粘连性 , 是乳胶涂料走向低 VOC 乃至超低 VOC “绿色涂料的必由之路。

乳液混拼 (latex blend) 技术在当今国际涂料行业中受到极大关注 , 近期已成为研究的重点。国内有的涂料生产厂家为了降低乳胶涂料的成本 , 在配制乳胶涂料时通常会采用将不同品种的聚合物乳液复配使用 , 如将 EVA 乳液掺入到丙烯酸乳液中以降低涂料成本 , 但并未见将相同种类、玻璃化温度不同的聚合物乳液进行混拼的系统研究报道。

本文所指的乳液混拼是指将两种或两种以上采用相同共聚单体合成出的具有不同玻璃化转变温度 ( Tg ) 的乳液进行混合 , Tg 低于室温的乳液 ( 我们称之为软相 ) 随着水分的蒸发而形成连续相 ; Tg 高的乳液 ( 我们称之为硬相 ) 中的聚合物均匀地分布在软相聚合物组成的连续相中 , 提高了整体膜的抗粘连性能 , 而对软相聚合物的 MFT 影响不大 , 对整体的成膜性能不会产生不良影响。本文所研究的乳液混拼工艺可望使乳胶涂料不用或少用成膜助剂 , 使涂料产品真正实现低VOC乃至超低VOC

2  实验

2. 1 乳液合成

聚合物乳液的合成采用所熟知的乳液聚合的方法 , 采用半连续预乳化合成工艺合成。具体配比如下 :

苯乙烯 4070
丙烯酸丁酯3060
丙烯酸乙酯1020
甲基丙烯酸甲酯1020
丙烯酸35
引发剂1. 21. 6
链转移剂0. 10. 5
阴离子表面活性剂1. 02. 5
非离子表面活性剂1. 02. 5
pH
调节剂0. 30. 6
保护胶0. 30. 6
100

具体操作为 : 先将部分去离子水投入预乳化罐中 , 开始搅拌 , 然后加入阴、非离子表面活性剂、保护胶及 pH 调节剂 , 待完全溶解成透明状时 , 加入全部单体。快速搅拌 , 30min , 停止搅拌 , 预乳化完成 , 得到均一的乳白色预乳化液。将 1/4 量的已乳化好的混合单体倒入反应釜中 , 并加入 1/2 的引发剂 , 搅拌升温 , 温度控制在 75 80 ℃左右 , 待回流基本消失时 , 加入链转移剂 , 然后开始滴加余下的预乳化液 ,2. 5 3h 内加完。在滴加预乳化液的同时 , 每隔一段时间补加部分引发剂。滴加完毕后 , 保温 1h , 后升温至 90 ℃ , 并保温 30min , 最后自然冷却至 40 ℃ , 出料。

 

2.2 最低成膜温度 (MFT)

2.3 抗粘连性的测定

2.4 拉伸测试

3 结果和讨论 (略)

4 结论

通过研究软硬相混拼乳液的膜的抗粘连性、最低成膜温度及力学性能 , 可得到样的结论 : 通过乳液混拼工艺 , 将一定比例的 Tg 高的硬乳液加入到 Tg 低的软乳液中 , 可使混拼乳液在保持较低的 MFT 的情况下 , 具有较好的抗粘连性。与按相应混拼比例合成的单一乳液的性能对比表明 , 在抗粘连性及力学性能大致相同的情况下 , 混拼乳液具有较低的 MFT; MFT 相同的情况下 , 混拼乳液又具有较好的抗粘连性。研究表明,采用乳液混拼技术可望改变原有涂料配制技术中大量使用成膜助剂来降低乳液的 MFT , 改善乳液的成膜性 , 并使其具有较好的抗粘连性及力学性能的局面。因此 , 采用软硬相混拼乳液来生产乳胶涂料 , 可大大降低成膜助剂的使用量 , 使乳胶涂料真正走上绿色、环保之路。

 

 

 

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