[00125177]水性室温交联丙烯酸乳液研究及应用技术

1、采用微乳液聚合达到乳胶粒子超微粒化 乳液的超微粒化是实现乳液涂膜性能更高档次的一个重要手段。乳液的成膜实际上是由乳胶粒子聚结实现的。乳液成膜时,水分蒸发,乳胶粒子的运动逐渐受到限制,最后达到相互靠近而形成紧密堆积。由于乳胶粒子表面受到双电层的保护而使粒子之间不能直接接触,在乳胶粒子之间形成曲率半径很小的空隙,形成“毛细管”,毛细管中充满水,由水的表面张力引起的毛细管力可对乳胶粒子施加很大的压力,水份进一步挥发,压力随之不断增加,最张导致克服双电层的阻力,使乳胶粒子直接接触,粒子的接触又形成了粒子一水的界面,引起新的压力,此种压力大小也和曲率半径有关,毛细管力加上粒子一水的界面张力互相补充,这个综合的力可使乳胶粒子变形,发生高分链的扩散而相互溶结,使膜变硬。压力的大小和粒子大小有关,粒子越小,压力越大,形成涂膜外观越好。为了能形成可与有机溶剂型涂膜致密度和光泽度相媲美的涂膜,乳液的超微粒化是重要手段。若将乳胶粒子制成纳米级粒子,其功能将大幅度提高。 （1）渗透性与润湿性好,对底材料的附着力强。尤其是对金属材料来说,其表面被加工成凹凸不平,粒径很小的乳胶粒子极易渗透和润湿。 （2）成膜性好。 （3）再次是涂膜更加致密。乳胶粒子粒径变小,增大了乳液成膜的毛细管和粒子的总表面可达到纳米级。要得到超微粒化的乳胶粒子,需要解决微乳液聚合所遇到的主要问题,即提高固含量、降低乳化剂含量,目前,实现低乳化剂量和高固含量的方法,是在分析比较普通乳液聚合和微乳液聚合机理的基础上以及根据微乳聚合自身特点,结合采用种子乳液聚合方法而得到的。普通乳液聚合存在单体胶束和大粒径的单体珠滴,反应在单位胶束中进行,而单体珠滴只充当储存库的作用,单体通过扩散作用补充到单体胶束中去,乳胶粒子不断成长,粒径较大。微乳液中有一种被称为Winsorl型体系（此体系为两相体系,微乳液和过量的油共存,上层为油相,下层为微乳液相）,聚合作用只发生在微乳液相中（不存在大粒径的单体珠滴）,而上层单体相只起储存库的作用,通过扩散作用不断地将单体补充到微乳相中进行聚合,主要为液滴成核,一般可以得到40nm以下的种子乳液,种子乳液再和每二阶段单体反应,进一步提高固含量,而粒径也增长,一般在100nm以下,粒径可通过控制工艺条件和配方来调整。在实际操作中,上层的油相是通过滴加补充到微乳液反应中去的,控制滴加的速度对于转化率、粒径及分布等有重要影响。 2、应用分子设计原理,设计成核壳结构乳胶粒子,增强乳液性能 所谓分子设计是指在分子组成相同或不改变原料组成及不增加原料成本的前提下,只通过改变乳液的聚合工艺（如改变单体、乳化剂、引发剂的滴加程序和方式）而改变乳胶粒的结构形态,即可显著地改善乳液性能的方法。目前,设计的乳胶粒子有硬核软壳、软核硬壳和网络互穿型等。以这各乳液配制的涂料可明显地提高涂膜的耐水、耐候、耐污染、抗回粘性能,同时也可降低MFT,提高其拉伸强度、耐冲击强度等。 采用两阶段聚合即种子乳液聚合的核壳结构技术,通过控制乳胶粒子形态结构来调节乳液各种性能、体系黏度、两阶段单体用量配比、乳化剂、引发剂、链转移剂和交联剂类型和用量等因素均影响粒子形态结构。但是,这些因素的影响程度又随两阶段单体的亲水性及两阶段聚合物的相容性的不同而不同。所以为了得到某种具体形态结构特征的乳胶粒子,在工艺操作上必须考虑各种因素的影响。 3、运用交联技术,提高乳液致密度 乳液成膜后,其致密性相对较差,由乳液成膜机理可知,提高成膜的致密度, 要做到两点,第一,乳胶粒子内部致密度;第二,成膜时设法使乳胶粒子之间产生交联而不是简单的堆积成膜。目前,就实现交联的方法来说,可概括为三种。 （1）是利用反应基团进行交联。在乳胶粒子 中引入适当的官能团间的反应而互相交错成网状,增加其致密度,并且一些官能团对于涂膜其他性能如成膜性差、涂层强度低等也有显著改善。常引入带有官能团的功能性单体如（甲基）丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺等,实现羧基交联、羟基交联和酰胺基交联等。 在乳液的制备中,N-羟甲基丙烯酰胺不仅能提高聚合物的化学耐性,赋予聚合物的防锈性能,增加对金属的附着力和对颜料的润湿性能,而且还能起到表面活性剂的作用,提高乳液的稳定性。 （2）添加双烯烃单体进行交联。这是一种在在链间产生交联的方法,这种交联反应既可在共聚时发生,也可在共聚合以后发生,要取决于双烯单体的两个双键的相对反应性。 （3）采用离子型交联剂。这种交联剂的添加并非在聚合时使分子链之间产生交联,而是在成膜时促使乳胶粒子之间的交联。采用这种交联剂进行交联时聚合所用单体必须有不饱和羧酸,如丙烯酸或甲基丙烯酸等。离子型交联剂的添加量要控制好,否则影响乳液的稳定性。