核壳苯丙防锈乳胶漆的研制

data-full-width-responsive="true"> 为减少环境污染和节省石油资源, 各国竞相开发低污染涂料, 其中乳胶漆是开发得最为成功的品种之一。目前乳胶漆在国内外主要是作为建筑涂料, 作为工业维修涂料的较少, 国外有少数公司生产的防锈漆用于贮罐、桥梁、钢构件、车辆等[ 1] , 国内近几年研制出一些配方, 但综合性能欠佳[ 1~ 5] , 未能在工业上获得较好的应用。作者对以苯丙乳液为基料的防锈漆进行了研究, 以下介绍有关结果。1 实验方法1 1 核/壳苯丙乳液聚合111 配方乳液聚合的总配方和单体配方列于表1 和表2。112 操作步骤113 乳液性能测试转化率: 采用重量法测定。黏度: 用NDJ- 1 型( 上海天平仪器厂) 旋转黏度计于室温下测定。化学稳定性: 在10 mL 试管中, 加入5 mL 乳液,再加入1 mL 质量分数为5% 氯化钙水溶液, 摇匀后放置于试管架上, 于48 h 后观察, 如发现分层、沉淀、絮凝等现象, 为不合格。机械稳定性: 以4000 r/min 的转速将乳液搅拌60 s, 以不破乳为合格。稀释稳定性: 将稀释到固体质量分数为3% 的乳液放置72 h, 如发现分层、沉淀、絮凝等现象即为不合格。最低成膜温度: 在不同季节于室内观察乳液的成膜情况。按以上方法测得的乳液性能指标列于表3。12 防锈漆的配制121 配方防锈乳胶漆的配方, 见表4。122 性能指标按表4 配方制出的防锈漆性能指标列于表5。2 结果与讨论21 玻璃化温度( Tg ) 的影响采用常规乳液聚合, 为保证常温成膜, 乳液的Tg 一般设计得较低, 国内一般为5c 。采用该乳液配制的防锈漆, 其涂膜的耐热性很差, 温度高于70 就明显发黏。当乳液的Tg 从5 提高到15后, 涂膜的耐热性显著提高, 明显发黏的温度从70 提高到100 以上, 且涂膜的柔软性仍很好, Tg进一步提高, 涂膜的柔软性将变差。当Tg 为15时, 采用常规乳液聚合, 乳液的最低成膜温度( MFT) 30 , 而采用核/壳聚合,MFT 可从30 以上降到10 以下。实验中作者还发现适当提高Tg 能显著改善涂膜的耐水性、附着力, 特别是湿态附着力。这一方面是由于Tg 高的乳液使用了较多的不含极性基的单体苯乙烯, 另一方面当Tg 太低时, 在室温下聚合物处于橡胶态, 聚合物的比容即聚合物分子之间的距离随温度升高而明显增大, 膜的致密性明显降低。22 丙烯酸用量的影响加入少量的丙烯酸由于-COOH 和金属表面发生化学键合而改善涂膜的附着力。可是, 丙烯酸为强亲水性单体, 在乳液聚合中易发生水相聚合, 因而用量过大易引起聚合过程中的破乳, 且影响涂膜的耐水性。实验表明, 当丙烯酸占总单体的质量分数从2% 增加到4% 时, 涂膜的附着力可从2~ 3 级增加到1~ 2 级, 且乳液的黏度适中, 聚合过程稳定,涂膜的耐水性也有所改善。23 颜料及颜基比的影响乳胶漆涂膜的致密性差, 单独使用物理防锈颜料难获得好的防锈效果, 必须使用较多的化学防锈颜料。常用的化学防锈颜料是锌铬黄, 但锌铬黄在水中的溶解度较大, 离解出的金属离子影响乳液的稳定性。磷酸锌和改性三聚磷酸铝( 广西化工研究院产) 是近些年开发出的化学防锈颜料, 在水中的溶解度小, 不少防锈乳胶漆配方均采用了该类颜料[ 3, 5] 。通过实验, 选用铁红为物理防锈颜料, 磷酸锌和改性三聚磷酸铝为主要化学防锈颜料。颜料的浓度是影响乳胶漆涂膜性能的主要参数。理想的颜基比为( 13~ 15) :1 0[ 颜基比指颜料和填料( 铁红、三聚磷酸铝、磷酸锌、氧化锌、硫酸钡、滑石粉) 与基料( 乳液中固体物) 的质量比] 。24 助剂的选择防锈漆所用颜料量大、密度大、种类多, 贮存过程中易出现颜料沉降、结块, 甚至凝胶, 造成贮存期限短。针对该问题, 作者研制出一种以某天然硅质黏土矿石为基料的防沉剂, 当其质量分数为2% ~ 3% 时,防锈乳胶漆存放一年未出现分层、结块或凝胶。常用的增稠剂为碱溶胀型丙烯酸乳液或羟乙基纤维素, 它们均有良好的增稠效果, 但流平性较差。缔合型增稠剂是目前正在开发和推广应用的品种, 其特点是不仅增稠效果好, 而且流平性好。作者联合使用Henkel公司的SN-Thickener 612 缔合型增稠剂和SN-Thickener 636 碱溶胀型增稠剂, 质量分数为05% ~10%。乳胶漆涂覆在金属表面, 成膜初期易出现早期锈蚀, 必须添加缓蚀剂。常用的NaNO2 , 虽可防止早期锈蚀, 但由于其强亲水性而影响涂膜的耐盐水性。采用自制的含氮有机缓蚀剂, 微溶于水, 质量分数为02%~ 05% 时就可有效地抑制早期锈蚀。