有机硅改性丙烯酸酯乳液（简称硅丙乳液）主要是利用含有不饱和双键的有机硅单体与丙烯酸酯单体进行乳液共聚来制备。利用Si-O 键具有良好的柔韧性，可形成表面能低、表面张力小的链段，使硅丙乳液具有优异的耐水性、耐候性、耐温变性、耐污染性、耐洗刷性，广泛用于建筑外墙涂料，并逐渐取代溶剂型涂料和高固体分涂料［1］。硅丙乳液改性方法主要包括物理共混法和化学改性法［2］。物理共混法改性操作虽然简单，但由于聚硅氧烷与丙烯酸酯分子结构和表面能的差异造成二者的相容性差，聚硅氧烷容易向混合物的表面迁移，因而混合物的稳定性不佳，常常发生相分离，改性效果较差。采用乳液聚合法可借助化学键使这两种极性相差较大的聚合物结合在一起，避免了物理共混法的缺点，使有机硅和丙烯酸酯在微观上达到均匀分散［3］，满足乳胶涂料的应用要求，已成为当今研究的热点［4］。本文选用甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（MPTS）作为有机硅单体，采用乳液聚合法制备硅丙乳液，并利用正交实验法探索硅丙乳液的合成工艺
条件。

1 实验部分
1.1 原材料
甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（MPTS），工业品，南京曙光化工厂；甲基丙烯酸甲酯（MMA），甲基丙烯酸正丁酯（n-BMA），丙烯酸羟乙酯（HEA），分析纯，北京东方化工厂；八甲基环四硅氧烷（D4），工业级，日本三菱化工；辛烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10），十二烷基苯磺酸钠（DBS），过硫酸钾（K2S2O8），化学纯，温州市东升化工试剂厂。

1.2 硅丙乳液的制备
在装有冷凝器、电动搅拌器和温度计的四口瓶中加入去离子水和非离子乳化剂A，搅拌并加热。当升温至60℃时，加入部分引发剂并使之充分溶解，升温至75℃，开始滴加部分MPTS、MMA、n-BMA、HEA、D4 混合单体进行乳液预聚合，反应一段时间后，补充滴加剩余引发剂和乳化剂，保温继续反应2 h，制得预乳化液。然后降温至65℃，加入硅醇缩合剂，同时滴入剩余的单体，维持反应3 h，制得硅丙乳液。冷却至35℃以下，高速搅拌，用氨水调节pH 值，即制得稳定的硅丙乳液。

2 结果与讨论
2.1 正交实验
设计的5 因素4 水平正交实验方案如表1 所示。
表1 L1645 正交实验因素和水平

注：MPTS 用量基于合成有机硅预聚体的总质量；OP-10、DBS 及K2S2O8 用量基于共聚单体的总质量；单体配比是甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸正丁酯的质量比。

正交实验结果见表2。
表2 正交实验结果

注：结果为乳液稳定性能综合评价，分值越高越好。
由表2 可见：对产物性能影响大的因素是MPTS 用量，其次是引发剂K2S2O8 用量，再次是单体配比，影响小的因素是乳化剂DBS 和OP-10 用量。合成硅丙乳液的佳方案为3B2C4D3E1，即MPTS 用量为8%，K2S2O8 用量为0.5%，单体配比为0.8，DBS用量为2.4%，OP-10 用量为1.2%。在优化的实验条件下，合成硅丙乳液的抗拉强度达25 N·mm-2，耐洗涤次数4.5×104 次，耐水性在5 d 内无异常，玻璃化温度为-56℃，与改性前相比降低25℃左右，有效地改善了其热黏冷脆的缺点。

2.2 丙烯酸酯乳液和硅丙乳液的红外光谱分析
丙烯酸酯乳液和硅丙乳液的IR（红外）谱图如图1 所示。

图1 丙烯酸酯乳液（a）和硅丙乳液（b）的红外光谱图
由图1 可见：丙烯酸酯乳液和硅丙乳液结构较为类似［5］，2 957 cm-1 处的特征峰为甲基的伸缩振动峰；2 872 cm-1 处为亚甲基的伸缩振动；1735 cm-1 处的强吸收峰为丙烯酸酯羰基（C=O）的伸缩振动峰；在1 450 cm-1、1 164 cm-1 处为酯基的碳氧键（-C-O-）的对称伸缩振动峰。由图1b 可见：812 cm-1、696 cm-1处的Si-CH3、Si-CH2 的Si-C 伸缩振动吸收峰，以及
1 067 cm-1 处的Si-O-Si 的Si-O 伸缩振动峰，并且图1b 中在1 690~1 620 cm-1 处无伸缩振动峰，说明该产物中不存在双键，表明有机硅单体已参与反应形成高分子聚合物，而并非是简单的物理共混，并且有机硅功能单体完全与其他单体共聚。

3 结语
采用乳液聚合法，选用分步加料方式合成硅丙乳液。当MPTS 用量为8%，K2S2O8 用量为0.5%，单体配比为0.8，DBS 用量为2.4%，OP-10 用量为1.2% 时，可制得稳定的硅丙乳液，其成膜性能优异，与改性前相比，玻璃化温度降低25℃左右。