摘要：丙烯酸酯类聚合物乳液因其优异的黏结性、耐候性、成膜性、保光保性和力学性能等优点,被广泛应用于建筑的外墙用乳胶漆。然而普通的丙烯酸酯类聚合物乳液含有硬单体甲基丙烯酸甲酯较多,人们开始研究一种涂料用丙烯酸酯类弹性乳液。本文重点介绍了现在应用比较广的纯丙弹性乳液和硅丙弹性乳液。 前言：涂料用丙烯酸酯类弹性乳液由于不仅具有普通丙烯酸酯乳液耐候性、耐化学腐蚀性、成膜性好等特点而且具有遮盖墙体毛细裂缝的能力乳胶粒中的微交联结构还提高了使用强度和耐水性因此越来越广泛的被应用于建筑物外墙用乳胶漆。
1．纯丙烯酸酯类乳液
1.1二元丙烯酸酯乳液
二元丙烯酸酯乳液是指以丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类作为反应单体，不加任何功能单体的
丙烯酸酯类乳液。此类乳液的各方面性能较差，故一般不实用，而是主要用于对乳液聚合和乳液性能的科学研究。沈宁祥等人研究了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）/聚丙烯酸乙酯（PEA）核壳型共聚物、P（MMA）/P（EA）乳液共混物和P（MMA-EA）无规共聚物所形成涂膜的应力-应变关系曲线，发现具有核壳结构的乳胶粒子所形成的涂膜力学强度较高，并由此推断其原因是在核和壳的界面上，存在着P（MMA-EA）共聚物过渡结构。这一中间过渡结构可以改善核和壳层之间的结合状态，并起到分散应力的作用，宏观上则表现为材料的力学强度得到提高。
数字化1.2多元丙烯酸酯乳液
多元丙烯酸酯乳液是指在二元丙烯酸酯乳液的基础上引入一种或多种功能单体，制得一种微交联的弹性乳液。N-羟甲基丙烯酰胺（NHAM）和丙烯酸酯是主要的微交联功能单体。由于NHAM亲水性较强，在物理上很难与油性的丙烯酸酯类单体混合，而更倾向于在水相中均聚，起不到微交联作用，反而降低了耐水性。因此一般加入其它功能单体，如（甲基）丙烯酸、丙烯酸-β-羟乙酯等与NHAM共同完成交联作用。丙烯酸酯是一种性能较好的交联单体，但由于其在丙烯酸酯乳液中存在较难乳化的问题而使其使用受
郑百岗到限制。陈立军等人采用N-羟甲基丙烯酰胺为自交联单体，聚马来酸钠为保护胶体，制备自交联乳液。对影响聚合物乳液性能的数个因素进行研究，结果表明：当丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯的质量比为3∶2，非离子乳化剂（OP-10）和阴离子乳化剂（DSB）的质量比为3∶1，引发剂质量为0.6%，自交联单体质量为2%，保护胶体质量为0.4%时，可制得高弹性自交联乳液，克服了常规乳胶涂膜导致基层墙面开裂的弊端。朱殿奎等人以含有不饱和双键的水性聚氨酯型高分子离聚体作乳化剂，以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯或异辛酯、乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸为共聚单体，以反应性官能团共聚单体M-A和M-B为交联剂，以亚硫酸钠、过硫酸钾为引发剂，制备了核壳型室温自交联丙烯酸酯乳液。研究结果表明：当核层交联剂共聚单体M-A的质量分数达3%时，交联度接近90%，继续增加M-A的比例并没有使交联度有明显的提高；当M-A质量分数为3%、壳层单体质量分数为40%、核层双官能团单体质量分数为1%时，是制备自交联乳液的较佳条件。此条件下，核壳乳液膜的拉伸曲线呈现为橡胶性质，在-10~30℃的温度范围内，拉伸强度和断裂伸长率仅有微小的变化。
2．有机硅改性丙烯酸酯弹性乳液
因为Si－O键的键能大于C－C键而且前者的键角更大键长也长内旋转更容易所以聚硅氧烷具有优良的高温稳定性、低温柔顺性、耐水性、耐候性、保光性和抗紫外光、耐沾污性等性能。但是聚硅氧烷固化温度较高（150℃～200℃）不能常温固化而且由于其本身的热塑性所限线性分子上缺少交联点难以形成三维网状交联结构因此高温时易返黏而且价格较高。所以可以考虑用有机硅对丙烯酸酯类乳液进行改性可以得到性能优良的弹性乳液。不仅可以使涂膜获得优异的弹性和抗龟裂性同时也可以提高涂膜的耐沾污性、耐水性、耐候性以及耐老化等性能。因此研究和制备硅丙弹性乳液对于提高外墙涂料的使用寿命、改善涂膜的综合性能具有重要的实际意义。通常有机硅改性丙烯酸酯的方法有两类：物理共混法和化学改性法。
2．1物理共混法
硬泡聚氨酯将有机硅单体和丙烯酸酯类单体分别聚合然后将两者直接混合在一起这种方法操作简单但产品的性能不是很理想。所以目前大都采用化学法进行改性。
2．2化学改性法
通过化学键将有机硅和丙烯酸酯类单体键和在一起以达到改性的目的。主要方法有三种缩聚法、硅氢加成法和自由基聚合法。下面分别对其进行介绍：
2.2.1缩聚法
缩聚法是带有活性羟基或羧基等基团的丙烯酸酯与带有活性羟基、氨基或者烷氧基的有机硅进行的缩合反应。Li等以1,3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷和八甲基环四硅氧烷(D4)为原料合成了端基氨基丙基聚二甲基硅氧烷,再将其与三羟甲基丙烷三丙烯酸酯反应合成了具有良好力学性能和高自愈效率的有机硅弹性体。结果表明,断裂试样的强度可恢复到原来的91％,将试样切成几块后可恢复到原来的形状。由于硅氧烷平衡反应的存在,使得硅弹性体在理论上是可收回的。
2.2.2硅氢加成法
硅氢加成是带有活泼氢键的有机硅与带有不饱和双键的丙烯酸酯在催化剂作用下进行的硅氢加成反应。合成了单端羟基聚二甲基硅氧烷,在此基础上,制备了一种新型的非离子共聚表面活性剂。该非离子共聚表面活性剂作为乳化剂,可分别用于丙烯酸丁酯、苯乙烯、醋酸乙
烯(VAc)均聚物的乳液聚合。由于其分子量高,分子结构中疏水部分为硅,亲水部分为聚氧丙烯,这些聚合物表现出优异的表面活性性能。使用含氢键的硅氧烷与甲基丙烯酸甲酯在Speier催化剂作用下进行硅氢加成反应,结果表明,引入的有机硅烷链段使薄膜拥有良好的粗糙表面,增加了薄膜表面与水的接触角,有助于获得一种水性苯乙烯-丙烯酸树脂薄膜。
2.2.3互穿网络法
弯而不折乳液互穿网络是将两种或两种以上聚合物相互交联贯穿形成的网络型聚合物。有机硅网络和丙烯酸酯网络相互交叉可以有效地减少键能较小的键断裂的概率。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)乳液为种子,采用种子乳液聚合法制备了聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯P(MMA-BA)共聚物壳层和以聚二甲基硅氧烷为核心的复合乳液粒子。由于PDMS具有很低的玻璃化转变温度,它很容易在薄膜材料中扩散,因此PDMS组分分离到聚合物/空气界面,分离的程度取决于原始颗粒结构。然而,由于丙烯酸壳层的保护,聚合物的扩散受到了明显的阻碍,于是薄膜就表现出了丙烯酸共聚物的所有特性。此外,提高涂料的耐沾污性,特别是水性涂料的耐沾污性,是今后涂料创新的关键。Khanjani等介绍了树脂在涂料中的应用,旨在用来提高涂料的耐沾污性。Khanjani等对自由基乳液聚合合成的丙烯酸(BA-St-AA)共聚物和八甲基环四硅
氧烷阳离子开环大乳液聚合合成的聚二甲基硅氧烷均聚物进行了初步优化。结果表明,PDMS质量分数在10％~28％之间的共混物可制得连续、透明、高吸污性能的膜。
3.结束语：
综上所述，丙烯酸酯乳液因其优良的综合性能，发展前景非常诱人。虽然有机硅改性丙烯酸酯能赋予涂料优良的性能,但仍存在一些问题,如有机硅和丙烯酸酯由于结构不同而存在相分离的问题。且近年来由于绿环保的要求,有机硅改性丙烯酸酯的研究趋向于高性能、环保、成本低的方向发展。
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