硅溶胶—苯丙乳液复合路标涂料的研制
崔锦峰1，杨保平1，马永强1，马 勇3，马 宏1，2，郭军红1，刘诗鑫1，韩培亮1
（1.兰州理工大学石油化工学院,兰州730050；2.北方涂料工业研究设计院，兰州730010；3.长庆精细化工有限公司，银川750000）

0 引 言
硅溶胶（nSiO2·H2O）是一种微蓝色乳光胶体，具有比表面积大、吸附能力强、带负电荷、羟基密集的特点，通常以硅氧烷的方式聚集，易形成不溶于水的透明薄层，由于硅溶胶的渗透、硬化黏结的综合效应，与基质表面易产生机械咬合与化学键合，涂层具有优异的表面附着力，但该涂膜在固化时表现出较大的收缩率，涂层易出现龟裂现象，影响涂层的物理力学性能[1]。本课题采用聚合溶胶法以正硅酸乙酯（TEOS）为主要原料制备硅溶胶，在硅烷偶联剂的桥键作用下，使硅溶胶与苯丙乳液通过冷拼复配，形成以硅溶胶为核、苯丙乳液为壳的无机/有机复合乳液，以该乳液为基料结合优质的颜、填料和助剂经研磨分散制得硅溶胶—苯丙无机/有机复合路标涂料，该涂料具有环境友好、施工方便、抗水耐磨、性价适宜等优点。

1 实验部分
1.1 实验仪器
电动搅拌器;三口玻璃瓶反应装置;分散砂磨机;三辊研磨机;电热套;真空泵;喷枪及相关设备;涂层耐洗刷测定仪及涂层常规性能测定仪等。
1.2 实验原料
正硅酸乙酯（TEOS，试剂纯）；无水乙醇（EtOH,化学纯）；N，N- 二甲基甲酰胺（DMF，分析纯）；苯丙乳液（工业级）；成膜助剂（Texanol酯醇）；偶联剂（KH-560）；钛白粉（200 目）；石英粉（300目）；玻璃微珠（1mm）；滑石粉（1250目）；增稠剂（HEC）；润湿分散剂（F-5）；消泡剂（DEF-02）；流平剂（H-201）。
1.3 实验过程
1.3.1 硅溶胶的制备[2]
将正硅酸乙酯、蒸馏水、N，N-二甲基甲酰胺和无水乙醇分别加入带电动搅拌器和电热套加热的三口玻璃瓶反应装置中。开启搅拌和加热，使体系升温至55～60℃。加入适量的催化剂(盐酸,用于调节溶液的pH值),继续搅拌至正硅酸乙酯完全水解,用氨水调节pH值至8.5～9.0，然后略升高温度，同时打开真空泵抽出乙醇和水。之后，将硅溶胶体系在室
温下放置一定时间熟化后生成硅溶胶，记录硅溶胶凝胶的时间（容器倾斜45°不流动）。

1.3.2 硅溶胶—苯丙无机/有机核壳乳液的制备[3～4]将称好的苯丙乳液先加入三口瓶中，开动搅拌，转速约为120 r/min，然后滴加成膜助剂，滴加速度约为50 滴/min。在上步完成5 min后缓慢加入硅溶胶，然后滴加硅烷偶联剂，滴加速度约为50滴/min。滴加氨水调节pH值为8;继续搅拌1h，停搅拌出料，即得复合乳液（基料）。将制备好的复合乳液分别喷涂在3块玻璃试板上，常温下静置7 d。根据HG 2-1612-85之规定对其进行吸水率检测。
1.3.3 硅溶胶—苯丙复合涂料的制备
按量称取颜、填料，按m(颜填料)/m(蒸馏水)=7∶3称取蒸馏水，并在蒸馏水中边搅拌边加入规定量的HEC，使之溶解；在HEC水溶液中加入称量好的颜、填料，并用分散砂磨机将其分散均匀，然后，在三辊研磨机上研磨4遍得到水性色浆。按实验方案中规定的量分别称取复合乳液基料、水性色浆（按研磨后的颜填料中固体分的质量计）以及其他助剂，并将其混合均匀，即得复合涂料。

2 结果与讨论
2.1 影响硅溶胶稳定性能的因素
用聚合溶胶法制备硅溶胶时，其影响因素有很多，如水与正硅酸乙酯的物质的量比、溶剂乙醇与正硅酸乙酯的物质的量比、pH值、添加剂（DMF）与正硅酸乙酯的物质的量比、加热温度、后续搅拌时间等。为了得到性能较好的溶胶，需要对影响体系的主要因素进行分析[5]。拟将以下5个因素作为对溶胶稳定性的影响因素进行试验：
A.水与正硅酸乙酯的物质的量比；
B.溶剂乙醇与正硅酸乙酯的物质的量比;
C.盐酸与正硅酸乙酯的物质的量比;
D.添加剂（DMF）与正硅酸乙酯的物质的量比;
E.反应温度。
各因素的水平选取见表1。

选用正交表L16(45)来安排实验，结果分析见表2。
按照优方案A2B3C3D1E4 制备硅溶胶，并测得其凝胶时间为39 d，大于正交试验方案中稳定性好的第7 号方案，因此A2B3C3D1E4 为优选方案。由正交实验结果分析可知：用聚合溶胶法以正硅酸乙酯（TEOS）为主要原料制备硅溶胶时，水与正硅酸乙酯（TEOS）的物质的量比是影响所制得的硅溶胶稳定性能的主要因素，当n(H2O)/n(TEOS)=8、n (EtOH)/n(TEOS)=40、n(盐酸)/n(TEOS)=0.07、nDMF/nTEOS=0.4、反应温度60℃时，所制得的硅溶胶稳定性长达39 d 。
2.2 影响硅溶胶—苯丙无机/有机核壳乳液的因素
影响硅溶胶—苯丙无机/有机核壳乳液成膜的主要因素有:
A.硅溶胶与苯丙乳液的质量比;
B.复合乳液体系的pH 值；
C.硅烷偶联剂的加入量与硅溶胶的加入量之比;
D.成膜助剂的加入量与苯丙乳液的加入量之比。
各因素的水平选取见表3。


选用正交表L16(45)来安排实验，结果分析见表4。