八甲基環(huán)四硅氧烷改性丙烯酸酯乳液的研究

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1、八甲基環(huán)四硅氧烷改性丙烯酸酯乳液的研究于曉波范嘉*（吉林化工學(xué)院化工與材料工程學(xué)院，吉林吉林132022）摘要：本文采用八甲基環(huán)四硅氧烷和丙烯酸酯單體制備有機硅改性丙烯酸酯乳液，研究了原料選擇及配比，聚合溫度等因素對乳液性能的影響，并確定了性能指標(biāo)優(yōu)良的乳液配方。關(guān)鍵詞八甲基環(huán)四硅氧烷；丙烯酸酯；硅丙乳液乳液型涂料通常被人們稱為綠色涂料。近些年來，乳液型涂料發(fā)展非常迅速，種類也層出不窮，其中丙烯酸酯水性涂料具有生產(chǎn)工藝簡單、成本低、成膜性好等優(yōu)點，而成為水性涂料中應(yīng)用最多的品種，但同時也存在耐水性差、機械強度低等缺點，使其在性能上與傳統(tǒng)的溶劑型涂料還存在著一定的差距?；诖?/p>

2、，必須對丙烯酸酯乳膠涂料進行改性，由于有機硅聚合物具有優(yōu)良的耐老化、耐高溫、耐溶劑和化學(xué)性能穩(wěn)定等特點，將有機硅與丙烯酸酯乳液共聚，可以有效地提高高分子乳液的防水、耐候等綜合性能[1,2]。本文通過引入硅氧基團來改變丙烯酸酯共聚物的結(jié)構(gòu)制備有機硅改性丙烯酸酯乳液（硅丙乳液），經(jīng)多次實驗，確立了優(yōu)化的硅丙乳液配方。1實驗部分1.1實驗原料丙烯酸（AA）（分析純）；丙烯酸丁酯（BA）（分析純）；甲基丙烯酸甲酯（MMA）（分析純）；八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）（工業(yè)級）；γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（A-174）（分析純）；1，4—丁二醇（BTU）（化學(xué)純）；十二烷基苯磺酸鈉（

3、SDBS）（化學(xué)純）；仲辛基苯基聚氧乙烯醚（OP-10）（分析純）；過硫酸銨（APS）（分析純）；碳酸氫鈉（分析純）；氯化鈣（化學(xué)純）；氨水，市售。作者簡介：于曉波（1972-），女，吉林省吉林市人，吉林化工學(xué)院講師，主要從事高分子材料與工程方面的研究*范嘉為吉林化工學(xué)院2004級學(xué)生1.2實驗步驟將乳化劑（SDBS/OP-10=1.3/2.0）和蒸餾水加入到四口燒瓶中，在30下充分攪拌，將乳化液分出一半，用硫酸調(diào)節(jié)體系的PH=3，加入八甲基環(huán)四硅氧烷并加入適量1,4-丁二醇，裝上冷凝回流裝置和溫度計，加熱至65，反應(yīng)2小時。用氨水調(diào)pH值到7.08.0左右，加入1/5引發(fā)

4、劑，逐漸升溫到75，開始滴加丙烯酸酯單體(MMA，BA)和另一半乳化液的混合液，適時均勻滴加丙烯酸（AA）。30min后同步滴加剩余引發(fā)劑，1.5h后加入pH緩沖劑，保證單體在33.5h滴加完畢，引發(fā)劑總量控制在丙烯酸酯單體的0.3%0.4%范圍，反應(yīng)過程始終控制在75。單體滴加完畢以后，提高溫度至85，滴加硅烷偶聯(lián)劑并繼續(xù)反應(yīng)1.5h。2結(jié)果與討論2.1原料的選擇及用量2.1.1復(fù)合乳化劑用量的確定對于有機硅改性丙烯酸酯乳液，采用陰離子和非離子復(fù)合乳化劑，兩類乳化劑分子可以交替地吸附在乳膠粒的表面，可以提高聚合物乳液穩(wěn)定性。采用SDBS和OP-1O的復(fù)合體系乳化劑[3],

5、表2-1列出了乳化劑配比對乳液性能的影響。表2-1乳化劑配比對乳液性能的影響乳化劑用量(SDBS/OP-10)外觀膜吸水率（%）凝聚物1/0.5(1.2%)1/1.5(2.0%)1.3/2(2.6%)1.5/2.6（3.2%）乳白無藍光少量藍光藍光充足藍光充足/3.13.53.7較多少量基本無基本無由表2-1可以看出乳化劑用量極少時，易發(fā)生凝膠，使生成的乳液含有大粒子，乳液質(zhì)量不佳，乳液無法成膜。隨著乳化劑含量的增加，乳液藍光充足，無絮凝物，但膜的吸水率也隨之增加，所以為了保障乳液穩(wěn)定性和成膜后低的吸水率，確定乳化劑的用量為1.3/2(2.6%)。2.1.2丙烯酸酯及有機硅

6、單體用量的確定乳液聚合中單體和水相的比例可以在很寬的范圍內(nèi)變動，本研究的硅丙乳液目的是用作硅丙外墻涂料的基料，一般認為，戶外涂料的Tg值控制在515為宜[4]，硅丙乳液涂膜的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度Tg可以從理論上根據(jù)原料的用量比進行計算，方法如公式(2-1)=+公式(2-1)式中:W1—MMA占MMA和BA總用量的百分數(shù)W2—BA占MMA和BA總用量的百分數(shù)Tg1—MMA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg2—BA的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度考慮有機硅單體成本較高并容易水解，D4單體用量不能過高，固定D4單體質(zhì)量為9g（占單體總量14%），采用MMA/BA/AA=30/24/1的比例，計算得到有機硅改性丙烯酸

7、酯乳液的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為：=+++=0.00356Tg=280.9K=7.7所以按照此配比制備的硅丙乳液符合用于戶外涂料用途的要求。2.1.3硅烷偶聯(lián)劑的選擇及對乳液聚合的影響探討三種不同的帶乙烯基的三烷氧基硅烷自身的特點及其對硅丙乳液聚合的影響，這三種帶乙烯基的三烷氧基硅烷的商品牌號分別為A-171，A-151和A-174。烷氧基硅烷在水存在的條件下，其烷氧基容易發(fā)生水解生成醇，硅醇基間可進一步發(fā)生縮聚反應(yīng)，生成聚硅氧烷。設(shè)計如下實驗判斷硅烷水解縮聚反應(yīng)相對快慢：各取硅烷偶聯(lián)劑5ml與100ml蒸餾水混合，置于2