遮盖性聚合物在水性涂料中的应用

遮盖聚合物的制备及其在水性涂料中的应用 林晓丹 1 , 李德强 2 , 周盾白 1 , 阙鸿平 2

(1. 华南理工大学材料学院 , 广州 510641 ;2. 广州正

鸿化工有限公司 ,510660)

摘 要 : 合成了一种中空微球遮盖聚合物。采用扫描电子显微镜分析了所合成遮盖聚合物的形貌结构 , 并对采用该遮盖聚合物的水性涂料的配方作了简单研究。该遮盖聚合物在有光乳胶漆中可以部分替代钛白粉, 降低成本 ; 即使在工程乳胶漆中 , 加少量该遮盖聚合物也可以适当提高涂层的耐洗刷性能。 关键词 : 中空微球 ; 遮盖聚合物 ; 水性涂料 ; 工业用乳胶漆 ; 耐洗刷性 0 引 言

遮盖聚合物是 20 世纪 70 年代末由 Rohm and Haas 公司率先开发的一种中空微球的水分散体。它是利用空气泡对光线的高散射力来提高涂层的遮盖效果。国内 20 世纪 80 年代初即开始研制。直到 90 年代 , 才有少量该类产品应用报道 [1 ] 。荆春贵和孙大庆以热膨胀型中空微球作为有机消光填料 , 丙烯酸树脂和聚氨酯树脂作为粘合剂 , 再配以其它助剂制备出新型皮革消光补伤剂 , 能够有效地遮盖皮革的伤残 , 大幅提高成品革的等级率 [ 2 ] 。李明和郑丽采用中空遮盖聚合物替代部分瓷土用于制备涂布纸 , 他们发现涂布纸的白度、不透明度、光泽度、印刷光泽度和平滑度都得到明显提升 , 用于生产涂布纸有较好效果 [ 3 ] 。刘群华和曹振雷在低定量涂布纸不透明度的研究中 , 发现配用遮盖聚合物有机颜料可以有效降低涂层的量 , 但因这种有机颜料价格昂贵限制了其广泛使用 [ 4 ] 。此外 , 遮盖聚合物还用于水性油墨 [ 5 ] 的配制 , 用遮盖聚合物乳液配制的水性油墨印刷后能得到色彩鲜艳、丰满、遮盖力好的印刷效果。该油墨对棕色牛皮纸有极佳的遮盖性。遮盖聚合物的另一大用途是在水性涂料中部分替代钛白粉。叶庆峰等介绍了遮盖聚合物在涂料中的优点有 : 节省成本、改善涂料的耐沾污性和耐擦洗性、提高涂料的户外保色性等 [ 6 ] 。本文根据文献 [5 ,7 ,8 ] 合成了遮盖聚合物 INQU E830 , 并对该遮盖聚合物配制的涂料性能作了简单的比较。 1 实验部分 1. 1 主要原料

甲基丙烯酸甲酯 , 工业级 , 进口产品 ; 甲基丙烯酸 , 工业级 , 上海高桥石化总厂 ; 丙烯酸乙酯 , 工业级, 上海高桥石化总厂 ; 甲基丙烯酸丁酯 , 工业级 , 进口 ; 多烯基不饱和单体 , 化学纯 , 江苏昆山跃进试剂厂 ; 十二烷基苯磺酸钠 , 化学纯 , 上海凌峰化学试剂有限公司 ; 过硫酸钾 , 分析纯 , 广州化学试剂厂 ; 碳酸氢钠 ; 氨水等 , 皆为市售实验试剂。 1. 2 合成工艺

遮盖聚合物的制备与文献 [5 ,7 ,8 ] 介绍的相似 , 分三步进行 : 首先是种子的合成 , 种子的 T g 在 0 ℃ 左右 ; 然后是核合成 , 核的丙烯酸单体含量大于 30 % ( 质量分数 , 下同 ); 第三步是合成壳并用氨中和膨胀。控制壳的 T g 在 85 ℃ 以上。合成的遮盖聚合物 INQU E830 性能如下 :

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涂料配制 : 工程乳胶漆、内墙有光漆、内墙高光漆的配方见表 1 ～ 3 。 1. 3 分析测试

采用德国 L EO 公司的 L EO 1530 VP 扫描电镜分析遮盖聚合物 , 其他为常规涂料性能测试。 表 1 工程乳胶漆配方

表 3 内墙高光漆配方

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表 2 内墙有光漆配方

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2 结果与讨论

2. 1 遮盖聚合物的扫描电子显微镜分析图 1 是一种遮盖聚合物的扫描电子显微镜照片。从照片中可见聚合物颗粒基本均匀。但也可发现有 少量细小的颗粒。这种细小颗粒是未能形成中空的原始粒子或是新形成的聚合物粒子。这种细小颗粒将降低遮盖聚合物的遮盖效果 , 应尽量消除。图 2 是图 1 中 A , B , C 三处的放大照片。它们显示了这种遮盖聚合物中的另一种缺陷。圆孔 (A , C) 和塌陷 (B) 。园孔是聚合反应选择性增长造成的 ,而塌陷可能是微球的壁太薄所至。这种塌陷间接显示微球是 中空的结构

图 1 一种遮盖聚合物的扫描电子显微镜照片

通过对分步聚合过程中的核和壳的组分的仔细 调配 , 可制备粒径分布窄、缺陷少的遮盖聚合物 INQU

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E830( 见图 3) 。

图 2 遮盖聚合物的缺陷

图 3 INQU E830 的扫描电子显微镜照片 2. 2 遮盖聚合物对涂层性能的影响

尽管遮盖聚合物有着文献 [ 6 ] 所述的优点 , 但现今遮盖聚合物在涂料调配中的使用仍然非常有限。其首要原因是采用进口遮盖聚合物成本太高。本文在几种常用涂料配方中添加自制遮盖聚合物 , 对其性能与成本作了简单的比较。

2. 2. 1 在低档内墙涂料中对耐洗刷性能的影响

遮盖聚合物在低档内墙涂料 / 工程乳胶漆中对耐洗刷性能等的影响见表 4 。 表 4 INQUE830 用量对低档内墙涂料耐洗刷性的影响

从表 4 可见 , 在低档内墙乳胶漆中遮盖聚合物可提高干膜的遮盖力。随着加入量的增大 , 颜基比也增大 , 漆膜耐洗刷性有所下降。

在加入量超过总量的 5 % 时成本有较大的提高 , 但光泽增加不是很明显 , 所以在低档涂料中建议加入量为总量的 2 % ～ 5 % 。

2. 2. 2 在内墙有光涂料中对光泽的影响

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遮盖聚合物在内墙有光涂料中对光泽的影响见 表 5 。 通过在内墙有光涂料中的应用可以看出 , 表 5 INQUE830 用量对内墙有光涂料光泽的影响

INQU E830 对成本基本没有造成影响 , 同时由于该配方中钛白粉加入量较大 , 光泽较高 , 加入遮盖聚合物对光泽影响不大。

2. 2. 3 在高光涂料中替代部分钛白粉的性价比较遮盖聚合物取代部分钛白粉性能比较见表 6 。 表 6 INQUE830 取代钛白粉性能的比较

通过上表可以看出用遮盖聚合物取代部分钛白粉 , 配方成本会显著降低 , 而涂料的基本性能基本保持不变 , 同时由于颜基比的降低 , 漆膜的成膜性能会更好 , 有利于提高漆膜其他性能如 , 耐水性、耐洗刷性能等。