近年来，随着我国城市建筑物向高层化和大型化发展的趋势，高耐候性、高保色性、高耐沾污性、非溶剂型、低污染环保型的高性能建筑涂料引起了人们极大的关注。在数十种高性能建筑涂料中，有机硅改性丙烯酸酯涂料特别适用于建筑物的外墙装饰，用有机硅对聚丙烯酸酯乳液进行改性，可以显著降低聚丙烯酸酯的表面张力、吸水性、沾污性，并提高其耐高低温性。由于有机硅改性苯丙乳液具有价格低廉、环境友好的性能已引起国内研究者的广泛关注，王秀霞等人研究了有机硅改性苯丙乳液的合成及其性能；高献英等人研究了有机硅改性苯丙乳液的制备及性能；郭文录等人研究了有机硅改性苯丙乳液的合成与表征；余锡宾等人对丙烯酸树脂与聚硅氧烷接枝改性进行了研究；刘兴等人研究了高硅含量硅－苯丙乳液的合成及性能。基于此，本文通过预乳化种子乳液聚合和水解抑制技术，利用活性有机硅单体改性苯丙乳液，探讨了阴非离子乳化剂的用量和复配比例对乳液性能和涂膜性能的影响、有机硅用量对乳液聚合的影响以及丙烯酸用量对乳液乳胶漆膜附着力的影响。实验结果表明，粒径较小的乳液可以提高对颜料的润湿力和包覆力，增强乳胶漆对墙体的渗透能力和装饰效果。该研究提高了乳液及乳胶漆的储存稳定性，是良好的外墙涂料基料。
１ 实验部分
１．１
原料及基本配方
甲基丙烯酸甲酯（ＭＭＡ），丙烯酸丁酯（ＢＡ），丙烯酸（ＡＡ），天津化学试剂研究所；苯乙烯（Ｓｔ），天津光复精细化工研究所；聚氧乙烯壬基酚醚（ＯＰ－１０），十二烷基硫酸钠，过硫酸钾（ＫＰＳ），广州化学试剂厂；乙二醇，北京金星化工厂；碳酸氢钠，天津天大化工实验厂；乙烯基三甲氧基硅烷（Ａ－１７１），南京裕德恒精细化工有限公司。
底料为碳酸氢钠、水、十二烷基硫酸钠及ＯＰ－１０；单体Ⅰ为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸；单体Ⅱ为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、Ａ－１７１；引发剂Ⅰ与引发剂
Ⅱ均为过硫酸钾和水；乳化剂为十二烷基硫酸钠及ＯＰ－１０。
１．２
１．２
实验步骤
预先加热水于锅至８５℃随即恒温，配制底料；搅拌的同时配置单体Ⅰ、引发剂Ⅰ；搅拌１５～２０ｍｉｎ后，将引发剂全部倒入４口烧瓶，然后开始滴加单体Ⅰ，待单体Ｉ滴加完毕后，保温；同时配制单体Ⅱ，进行预乳化，再配制引发剂Ⅱ；保温完毕后，降低体系温度至８０℃左右，向４口烧瓶中加入乙二醇，同时开始滴加单体Ⅱ和引发剂Ⅱ，滴加完毕，保温，然后降低体系温度至４０℃即可出料。
１．３
乳液性能测试及表征
１）乳胶粒的平均粒径及粒径分布。
１）乳胶粒的平均粒径及粒径分布。
Ｎａｎｏ－ｚｓ９０型粒径分布仪用消光法的原理进行测定，稀释比例为１∶１００倍，操作温度为２５℃。
２）硬度。用ＱＨＱ涂膜铅笔划痕硬度仪从ＨＢ～６Ｈ顺序测定其硬度。
３） 乳液粘度。涂－４粘度杯。
４） 附着力。用ＱＦＤ漆膜附着力测试机测定涂膜附着力。
５） 乳液的固体质量分数。称取一定量的乳液放入已恒重的称量瓶中，置１２０℃烘箱内加热２ｈ，然后每隔０．５ｈ称重１次，直到２次重量差不大于０．００１ｇ为止。其固体质量分数可表示为Ａ＝［（Ｗ２－Ｗ０）／（Ｗ１－Ｗ０）］×１００％
式中，Ａ为乳液固体质量分数，％；Ｗ０为称量瓶重，ｇ；Ｗ１为乳液干燥前重量，ｇ；Ｗ２为乳液干燥后重量，ｇ。
６） 转化率的测定。采用重量法，定时从聚合体系中取出２ｍＬ乳液（Ｗ０），加入２％的对苯二酚水溶液１～２滴，置于１２０℃烘箱中烘干至恒重（Ｗ１），
其转化率为α＝［（Ｗ２Ｗ１／Ｗ０）＋Ｗ３］／Ｗ４×１００％
式中，Ｗ０为２ｍＬ乳液的质量；Ｗ１为乳液烘干后残留物质量；Ｗ２为投料总量；Ｗ３为投料中不挥发物重；Ｗ４为投入的单体总量。
７）吸水率的测定。吸水率的测试按照国标ＧＢ／Ｔ１７３８—７９（８９）方法测试。
因此，吸水率为ΔＷ ＝（Ｗ２－Ｗ１）／（Ｗ１－Ｗ０）×１００％
式中，Ｗ０为底材质量；Ｗ１为底材和干燥后涂膜的质量；Ｗ２为底材和吸水后涂膜的质量。
２ 结果与讨论
２）硬度。用ＱＨＱ涂膜铅笔划痕硬度仪从ＨＢ～６Ｈ顺序测定其硬度。
３） 乳液粘度。涂－４粘度杯。
４） 附着力。用ＱＦＤ漆膜附着力测试机测定涂膜附着力。
５） 乳液的固体质量分数。称取一定量的乳液放入已恒重的称量瓶中，置１２０℃烘箱内加热２ｈ，然后每隔０．５ｈ称重１次，直到２次重量差不大于０．００１ｇ为止。其固体质量分数可表示为Ａ＝［（Ｗ２－Ｗ０）／（Ｗ１－Ｗ０）］×１００％
式中，Ａ为乳液固体质量分数，％；Ｗ０为称量瓶重，ｇ；Ｗ１为乳液干燥前重量，ｇ；Ｗ２为乳液干燥后重量，ｇ。
６） 转化率的测定。采用重量法，定时从聚合体系中取出２ｍＬ乳液（Ｗ０），加入２％的对苯二酚水溶液１～２滴，置于１２０℃烘箱中烘干至恒重（Ｗ１），
其转化率为α＝［（Ｗ２Ｗ１／Ｗ０）＋Ｗ３］／Ｗ４×１００％
式中，Ｗ０为２ｍＬ乳液的质量；Ｗ１为乳液烘干后残留物质量；Ｗ２为投料总量；Ｗ３为投料中不挥发物重；Ｗ４为投入的单体总量。
７）吸水率的测定。吸水率的测试按照国标ＧＢ／Ｔ１７３８—７９（８９）方法测试。
因此，吸水率为ΔＷ ＝（Ｗ２－Ｗ１）／（Ｗ１－Ｗ０）×１００％
式中，Ｗ０为底材质量；Ｗ１为底材和干燥后涂膜的质量；Ｗ２为底材和吸水后涂膜的质量。
２ 结果与讨论
２．１ Ａ－１７１对乳液及漆膜性能的影响
聚物中有机硅单体的比例直接影响乳液涂层的耐水性、耐沾污性等重要指标。有机硅不同用量对乳液及漆膜性能的影响如表１所示。
由表１可知，随着Ａ－１７１用量的增加，乳液的黏度增大，在实验中观察到凝胶物增多；当Ａ－１７１的质量分数超过１２．６８％后，乳液极不稳定，实验过程中反应体系凝胶，无法出料。其原因是当有机硅用量较高时，乳液中的三甲氧基硅基的数量增大，交联物增多，乳液自然不稳定。其佳质量分数为５％～８％。Ａ－１７１的加入量对乳液漆膜吸水率的影响如图１所示。由图１可知，改变Ａ－１７１的用量对乳胶膜的吸水率有明显影响。与苯丙乳液相比，有机硅改性苯丙乳液的耐水性有很大改善，随着Ａ－１７１用量的增大，乳胶膜的吸水率逐渐降低。
２．２
复合乳化剂的用量及比例对乳液及漆膜性能的影响
本实验选择 聚氧乙烯醚（ＯＰ－１０）和十二烷基硫酸钠（ＳＤＳ）配制复合乳化剂，复合乳化剂的用量及比例对乳液及漆膜性能的影响如表２和表３所示。
本实验选择 聚氧乙烯醚（ＯＰ－１０）和十二烷基硫酸钠（ＳＤＳ）配制复合乳化剂，复合乳化剂的用量及比例对乳液及漆膜性能的影响如表２和表３所示。
由表２可以看出，在固定乳化剂质量分数为４．１％和其它条件不变的条件下，随着ｍ（ＳＤＳ）∶ｍ（ＯＰ－１０）的增大，乳液的黏度增大；由表３可看出，当ｍ（ＳＤＳ）∶ｍ（ＯＰ－１０
）为２／１～３／１时，乳液稳定，黏度适宜。复合乳化剂的用量对乳液黏度和粒径的影响如图２和图３所示。
由图２和图３可以看出，随着复合乳化剂用量的增加，乳液的黏度逐渐增大。因为乳化剂用量越大，反应体系中乳胶粒的数目越多，聚合反应场所越多，自由基的寿命延长。同时，乳胶粒数目较多导致乳胶粒的平均粒径减小，乳化剂用量越大，乳胶粒的粒径分布也越窄。当乳化剂用量较少时，乳液容易分层。因此，复合乳化剂的质量分数应选择在３％～５％之间 。
２．３ 丙烯酸的用量对乳液及漆膜性能的影响
丙烯酸官能单体的引入，在聚合物侧链上引入了极性基团，这会增大涂层与基材之间的附着力。它是一种亲水性单体，既可溶于水相又可溶于油相，可以明显地抑制凝聚物的产生。同时，使合成的乳液有良好的机械稳定性和储存稳定性，但是过多的加入会使聚合物的耐水性下降。丙烯酸的用量对乳液及漆膜性能的影响如表４所示。
由表４可知，加入丙烯酸后，乳液的附着力变好，粘度变大，而且外观开始有蓝光出现，但由于其亲水性，加入过多会使聚合物的耐水性下降。本实验选用ＡＡ的用量为２ｇ，占总量的１．４３％。
由表４可知，加入丙烯酸后，乳液的附着力变好，粘度变大，而且外观开始有蓝光出现，但由于其亲水性，加入过多会使聚合物的耐水性下降。本实验选用ＡＡ的用量为２ｇ，占总量的１．４３％。
３ 结束语
本文采用预乳化种子乳液聚合和水解抑制技术，通过对合成的硅丙乳液进行性能测定，确定了合成高性能硅丙乳液的佳配方，合成的硅丙乳液性能为：附着力１级，粒径９５ｎｍ，硬度６ Ｈ，粘度２２ｓ，吸水率５．９２％，转化率９９．０２％，固体质量分数３７．４２％。通过普通乳液聚合得到的乳液粒径大于１００ｎｍ，而本实验得到的粒径小于１００ｎｍ，说明本研究提高了乳液的耐候性能。另外，由于较小的粒径可以提高乳液对颜料的润湿力和包覆力，并赋予乳胶漆较高的光泽，提高了乳胶漆对墙体的渗透能力和装饰效果；而较窄的粒径分布有利于提高乳液及乳胶漆的储存稳定性及综合性能。因此，本实验得到的硅丙乳液性能优异，是良好的外墙涂料基料。
