硅丙乳液及硅丙外墙涂料的研制

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余节德 , 张雪芹 , 朱祖良, 沈忠明

摘要 : 用水解抑制和后交联控制技术 , 将有机硅氧烷和聚硅氧烷引入丙烯酸树脂的主链中 , 共聚合成 AB -1 硅丙乳液 , 该乳液中的有机硅含量达到 20 % 以上

以 AB -1 硅丙

乳液为基料生产的水性硅丙外墙涂料 , 具有优异的耐候性抗沾污性憎水性及附着力等 , 已在大量中高档外墙工程中应用

关键词 : 丙烯酸树脂 ; 有机硅 ; 硅丙乳液 ; 外墙涂料 ; 生产 ;

前言

有机硅丙烯酸树脂是在丙烯酸聚合物主链上引入硅氧, 烷或聚硅氧烷, 这类树脂兼具丙烯酸涂料和有机硅涂料的优点, 涂层具有高耐候性

耐水性

耐沾污性等优点, 自 20 世纪

90 年代开始, 丙烯酸酯类和乙烯基有机硅不饱和单体共聚为有机硅接枝改性丙烯酸酯乳液 ( 简称硅丙乳液 ), 已成为乳液研究领域的热点.

随着建筑物向高层化

大型化发展 , 要求高层

超高层建筑物的外墙涂装周期一般至

少在 15 年以上, 因而高性能低污染的硅丙乳液及硅丙外墙涂料已成为近年来涂料行业关注的焦点

为此, 我们研制开发了聚合物中有机硅含量达20 % 以上的 AB -1 硅丙乳液及

其硅丙外墙涂料

1 AB -1 硅丙乳液的合成

1. 1 有机硅单体的选择

有机硅乙烯基单体在较高温度酸性或碱性的条件中都很容易水解自聚如何有效地控制有机硅乙烯基单体的水解自聚, 是制备高硅含量高性能硅丙乳液的技术关键几种有机硅乙烯基单体的水解难易程度为 : 乙烯基三乙氧基硅烷 (A -151) < 乙烯基三甲氧基硅烷 (A -171) < 烷中的

- 甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷 (A -174) 其原因是, 乙烯基三乙氧基硅

OCH 3 空间位阻的作用要大, 延缓了水解作

OCH 2 CH 3 比后 2 种单体的

用乙烯基单体异氧丙基 [ OCH(CH 2 ) 2 ] 的空间位阻作用更大, 水解也更难 , 其价格相当高

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综合上述因素, 经过反复筛选试验之后, 确定选用有机硅乙烯基活性单体 1 和具有环状结构的有机硅氧烷单体 2 由于有机硅乙烯基活性单体 1 的分子链不够长, 连接在丙烯酸树脂大分子上会被丙烯酸树脂大分子

包埋

, 显示不出接枝改性效果; 有机硅氧烷

单体 2 具有环状结构 , 当共聚反应到一定程度 , 有机硅氧烷水解后生成 Si -OH 基团 , 此时带有环状结构的有机硅氧烷单体已开环 , 进行硅醇缩合反应 , 这样制成的有机硅氧烷丙烯酸树脂分子呈梳状结构

有机聚硅氧烷的一端与丙烯酸树脂大分子的主链相连 ( 通过

双键共聚 ), 另一端 Si -O 长链则伸展到基层表面 , 从而在有机硅丙烯酸树脂中显示出有机硅树脂的特性

干燥成膜时 , 有机硅丙烯酸树脂中硅氧烷水解

缩聚 , 结果在聚合物分

子之间以及聚合物和基材之间形成互穿网络立体交联牢固的

结构 , 从而使漆膜具有优异的耐候性

1. 2 原材料及配比 (见表 1)

表 1 AB -1 硅丙乳液合成的原材料及配比

抗沾污性憎水性及附着力

1. 3 乳液制备工艺

在预乳化釜中 , 加入部分水在反应釜中加入剩余部分水

乳化剂及全部混合单体 , 高速分散乳化 30 min 待用

时 , 加入 1/

乳化剂和 1/ 10 预乳化液 , 搅拌升温至

75

3 过硫酸铵水溶液 , 待乳液合成反应呈明显蓝光后 , 分别滴加剩余预乳化液及过硫酸铵水溶液过滤

缓冲剂包装

抑制剂 , 在 82

84 下 , 于 3 h 内滴加完毕 , 保温 1 h 后 , 降温

1. 4 性能指标 (见表 2) 表 2 AB -1 硅丙乳液性能指标

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项 目 外观 固含量 / % p H 值 玻璃化温度

/ 最低成膜温度

/ 粘度 / Pa s 钙离子稳定性 冻融稳定性 机械稳定性 稀释稳定性 游离单体含量 / % 涂膜外观及耐水性

性能指标 乳白色40 7

蓝光 2 8

-30 5 < 1 通过 通过 通过 通过 < 0. 5

涂膜透明 , 浸水 168 h 乳液膜不泛白

注 : 有机硅氧烷含量是指聚合物中有机硅氧烷单体的质量分数

2 分析与讨论

2. 1 AB -1 硅丙乳液红外光谱分析

AB -1 硅丙乳液的红外光谱图如图 1 所示

图 1 AB -1 硅丙乳液的红外光谱

从图 1 可看出 , 在 815 cm -1 处出现 Si

CH 3 吸收峰 ( 而纯丙烯酸树脂膜在

O C 键的特征伸缩振动 O Si 红外光谱特征峰 ,

815 cm -1 处无吸收峰 ); 在 1060 cm -1 处出现明显的 Si 吸收峰 ; 在 1020

1100 cm -1 处存在宽峰 , 显示出 Si

说明在聚合物中含有有机硅氧烷 ; 同时 , 在 1736 cm -1 处出现了 C=O 伸缩吸收峰 ; 在 1167 cm -1 处出现酯类 C

O 键的吸收峰 , 说明在聚合物中存在丙烯酸酯类的特征吸

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收峰上述结果表明 : 在聚合物中有机丙烯酸单体和有机硅单体均参与了自由基聚合 , 形

成了有机硅丙烯酸酯树脂水性乳液

2. 2 有机硅氧烷含量对硅丙外墙涂料性能的影响

采用水解抑制和后交联控制技术 , 可以使硅丙乳液中有机硅氧烷含量达聚合物总量的 25 % 以上 [4 ]

在聚合物中有机硅氧烷含量对涂料性能的影响见表 3

表 3 聚合物中有机硅氧烷含量对涂料性能的影响

项 目

有机硅氧烷含量 / % 人工老化

(500 h)

变色 / 级 粉化 / 级

编号 1 5 3 0 > 10000 20

编号 2 10 2 0 > 10000 15

编号 3 20 1 0 > 10000 7

编号 4 25 1 0 > 10000 5

耐洗刷性 / 次 耐沾污性 / %

从表 3 中可看出 , 当有机硅氧烷含量达聚合物总量的 20 % 时 , 涂料的各项性能显著改善 ; 当其含量达到 25 % 左右时 , 就可以使硅丙外墙涂料显示出高性能2. 3 AB -1 硅丙乳液与纯丙乳液复配试验

AB -1 硅丙乳液可与纯丙乳液复合配制外墙涂料

在规定乳液总量和颜填料

分散剂

增稠剂等掺量不变的情况下 , 改变 AB -1 硅丙乳液与纯丙乳液的比例 , 研究 AB -1 硅丙乳液与纯丙乳液的掺量变化对涂膜憎水性及耐沾污性的影响 , 试验结果见表 4 表 4 AB -1 硅丙乳液与纯丙乳液掺量对涂料性能的影响

项 目 AB -1 硅丙乳液 / 份 纯丙乳液 / 份

憎水性 耐沾污性 / %

编号 1 6 0 好 7

编号 2 4 2 好 12

编号 3 2 4 好 15

编号 4 1 5 较差 20

编号 5 0 6 差 28

注 :(1) 憎水性以涂膜斥水程度来表示 , 若雨水在涂膜上呈水珠飘动落下 , 确定为

好

; 若雨水在涂膜上未呈水珠飘动落下 , 确定为

合成树脂乳液外墙涂料

进行检测

差

(2) 耐沾污性按 GB/

T 9755 -2001

硅丙乳液及硅丙外墙涂料的研制

从表 4 可见 , 以 AB -1 硅丙乳液制成的硅丙外墙涂料 , 具有突出的憎水性和耐沾-1 硅丙乳液与纯丙乳液比例的增加 , 涂膜的憎水性及耐沾污性提高 , 当两者污性随 AB 的比例达到 1

2( 表 4 编号 3) 时 , 制得的水性硅丙外墙涂料的涂膜憎水效果 …… 此处隐藏：3193字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……