含硅羟基丙烯酸酯乳液的合成

□ 贺 琳，张桂霞，刘国军，徐 晶，仵晓敏
(大连工业大学化工与材料学院，辽宁大连 116034)

0 前 言
玻璃涂料被广泛应用于玻璃及玻璃制品的装饰与涂装保护中。随着人们环保意识的提高，开发低VOC的水性玻璃涂料受到了极大的关注。丙烯酸树脂具有硬度、保色保光性、耐氧化性、耐溶剂性、成膜性较好并且价格较低等特点，水性丙烯酸酯乳液的合成及性能的研究已成为人们研究的热点[1-2]。但目前的水性丙烯酸酯涂料由于附着力差、耐水性不好，使其很难用于玻璃表面[3]。羟基单体HEA带有亲水性基团，既能提高乳液聚合稳定性，增加涂膜对玻璃表面附着力，且成膜过程中羟基还可与交联剂和分子链上其他基团发生交联反应，提高涂膜的硬度和致密性。有机硅树脂的Si—O键能较高，具有高度的柔韧性、耐高温性、耐低温性等性质，可以提高丙烯酸酯的热稳定性[4]。将乙烯基有机硅氧烷引入到丙烯酸酯主链上，制备的有机硅丙烯酸酯乳液综合性能较好，耐水性明显提高[5]。种子乳液聚合工艺是制备乳液的重要工艺之一，乳化剂、引发剂、单体的选择是影响乳液性能的重要因素[6]。本文采用单体预乳化方法结合半连续种子乳液聚合工艺制备乳液，通过在丙烯酸酯乳液聚合体系中引入羟基单体HEA和有机硅单体A-151提高其附着力与耐水性，并考察了乳化剂用量、引发剂用量、羟基单体用量、有机硅单体用量与引入方式对乳液聚合稳定性的影响。

1 试验部分
1.1 试验材料
甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、有机硅功能单体(A-151)、乳化剂B、碳酸氢钠(NaHCO3)，均为工业品，未经纯化直接使用;乳化剂OP-10，天津市科密欧化学试剂开发中心;过硫酸铵(APS)，大连星岛精细化工厂;去离子水，自制。
1.2 乳液合成
采用单体预乳化方法结合半连续种子乳液聚合工艺制备乳液。将一定量的乳化剂、去离子水和反应单体依次加入三口瓶中，在室温下以500 r/min的搅拌速率持续搅拌15 min将其预乳化，制得预乳液。然后在装有温度计、恒压滴液漏斗、回流冷凝管、搅拌器的四口烧瓶中依次加入一定量的乳化剂、NaHCO3和去离子水，放入水浴锅中以350 r/min的搅拌速率混合均匀并升温，反应温度升到60 ℃时，搅拌速率降到250 r/min并将部分预乳液、适量引发剂置于反应釜中，70 ℃时制得蓝光充分的种子乳液，然后同时滴加剩余的预乳化单体和引发剂水溶液，3.5 h左右滴完，保温1 h后，降温出料。其中有机硅单体A-151以两种方式加入到聚合体系中。方式(a):将A-151与其他单体同时预乳化制备成预乳液滴入反应釜进行乳液聚合反应;方式(b):制备仅含HEA、MMA和BA的预乳液，先取一半此预乳液滴入反应釜进行乳液聚合反应，再将A-151加入另一半预乳液中以500 r/min的搅拌速率搅拌10 min，滴入反应釜进行乳液聚合反应。

1.3 性能测试
1.3.1 凝胶率测定
仔细收集滤网、瓶壁及搅拌器上的凝聚物，110℃干燥恒重，计算公式如式（1）:
凝胶率=(m凝/m单)×100% (1)
式中:m凝为凝聚物质量，g;m单为单体总质量，g。
1.3.2 单体终转化率的测定
用称量法进行测定，计算公式如式（2）:
转化率=[(m2－m0)/(m1－m0)]×100% (2)
式中:m0为称量瓶的质量，g;m1为烘干前称量瓶+乳液的质量，g;m2为烘干后称量瓶+干胶的质量，g。
1.3.3 黏度的测定
采用美国BROOKFIELD DV-C型黏度计进行测试，选用3号转子，转速60 r/min，温度(25±1) ℃。
1.3.4 乳液粒径的测定
将乳液稀释一定倍数后，使用英国Malvern公司生产的 Zetasize 3000HSA激光粒度分析仪测定聚合物乳液粒径和分散度。
1.3.5 其他性能的测定
固含量按GB/1725-79(89)进行测定;吸水率按GB/T 1733-93进行测定;附着力按GB/1720-79(89)进行测定。