0 引言

普通外墙乳胶涂料没有弹性或弹性较差，涂膜容易出现开裂现象，这不仅影响涂料的装饰性能，还会影响涂料的其它性能，使涂料的使用寿命大大降低。而弹性外墙涂料虽然具有较好的弹性，但其涂膜一般较软、发粘，容易受到灰尘、污物的沾染，严重影响外墙涂料的装饰性。所以弹性外墙涂料往往需要和配套的罩面涂层共同使用，这样就增加了涂料的施工工序和原材料成本。

本文通过合理的配方设计及先进的合成工艺，制成具有一定弹性的乳液，再在乳胶粒子的表层引入低表面能的有机硅单体，合成出柔性硅丙乳液，配以适宜的颜填料及助剂，制成的柔性硅丙外墙乳胶涂料既具有较好的弹性，又具有较高的耐沾污性、耐水性、耐候性等性能，很好地解决了涂膜弹性和耐沾污性之间的矛盾。可用于各种高档外墙的涂装工程中，满足建筑外墙涂料高装饰性、高耐污性、高耐久性和低污染性的要求。
 

1 实验部分

1.1 实验原料

甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）和丙烯酸（AA），均为工业级，质量分数99% 以上，经碱液处理除去阻聚剂；乙烯基三乙氧基硅烷（A-151），进口，工业级；反应型乳化剂（AS-1），进口，两性乳化剂（DP-324），自制，均为工业级；引发剂，过硫酸铵（APS），分析纯。

1.2 核壳型柔性硅丙乳液的制备

核壳型柔性硅丙乳液聚合工艺流程见图1。

预乳化液的制备：将乳化剂、引发剂、去离子水加到烧杯中搅拌均匀，高速搅拌下加入混合单体，继续搅拌30 min，制得预乳化液。按此方法可分别制得种子预乳化液、核预乳化液和壳预乳化液。核壳型柔性硅丙乳液的制备：（1）将种子预乳化液加入三口烧瓶中，开动搅拌并加热到80~85℃，保温反应15 min，即制得蓝光半透明的种子乳液；（2）在1 h 内连续滴加制备好的核预乳化液，滴加完毕后，保温1 h ；（3）在2.5~3 h 内连续滴加制备好的壳预乳化液，滴加完毕后，保温1.5 h，降温至50℃以下，用氨水调节乳液pH 值至7~8 之间，用200 目滤网过滤，即得核壳型柔性硅丙乳液。

1.3 分析测试

耐水性：按GB/T 1733—1993 的规定进行测试；
耐沾污性：按GB/T 9755—2001 附录A 的规定进行测试；
拉伸性能：按JG/T 172—2005 中7.14 的规定进行测试；
凝胶率：反应结束后，收集所有凝聚物烘干至恒重，凝聚物质量占单体总质量的百分数即为凝胶率；
差示扫描量热分析（DSC）：采用美国THERMO公司Q100V9.8Bulid296 差示扫描量热仪于-80~60℃对胶膜进行DSC 测定，氮气氛，升温速率为2℃ /min。
 

2 结果与讨论

2.1 核壳结构的设计

采用相同的配方组成分别制成常规共聚乳液、软核硬壳型乳液及硬核软壳型乳液（核壳型乳液的硅单体加在壳层单体中），再将所得的乳液制成20%PVC（颜料体积浓度）的柔性硅丙外墙乳胶涂料，对所得涂料的性能进行比较，结果见表1。

由表1 可以看出：乳胶粒子的结构设计对乳液及用其制备的柔性硅丙外墙乳胶涂料的性能影响较大。常规共聚乳液由于其乳胶粒子呈均相结构，链段的柔韧性较好，因而用其制备的涂料断裂伸长率较高，但均相聚合物对温度比较敏感，容易回粘发软，所以涂膜耐沾污性较差；软核硬壳型乳液在成膜时，硬壳形成连续相，软核交织在连续相中，有部分软相会暴露在涂膜表层，因此用其制备的涂膜虽然拉伸强度较高，但耐沾污性一般，断裂伸长率也较差；对于硬核软壳型乳液来讲，由于较软的壳层在乳胶粒子中所占的比重较大，所以乳液易于成膜，软壳在成膜后将硬核包裹在其中，硬相赋予涂膜较高的拉伸强度，因而涂膜既具有较高的断裂伸长率又具有较高的拉伸强度。此外，壳层单体中的硅氧烷基团在成膜过程中会向涂膜表层迁移，降低了涂膜的表面能，还能减少由于紫外光的照射对涂膜造成的破坏，所以涂膜还具有较好的耐沾污性、耐水性及耐候性等性能。但如果硬核软壳型乳液核相的Tg 值设计得太高，则核相在没有成膜助剂的帮助下不易成膜，包裹在软壳层中只能起到填充作用，就相当于提高了涂料的PVC，涂膜的拉伸强度反而会大大降低。因此，在设计柔性硅丙乳液的乳胶粒子结构时，应将乳胶粒子设计成硬核软壳型，但硬核的Tg 值不能过高，好能在常温下成膜。
2.2 有机硅单体含量的影响

本实验选用的有机硅单体为乙烯基三乙氧基硅烷（A-151），在乳胶粒子壳层聚合阶段加入。其含量对乳液合成稳定性及乳液性能的影响见表2。