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由于丙烯酸酯乳液具有耐热、耐光和耐老化等优点,在涂料工业中得到了广泛的应用,但普通的丙烯酸酯乳液还存在耐水性差、易起泡、附着力差、硬度低以及含乳化剂的废液会对环境造成污染等缺点,用其配制成的涂料的耐水性、耐沾污性能也受到一定影响,从而制约了丙烯酸酯系列外墙乳胶涂料的大面积推广应用,因此改善乳液耐水性、起泡性和附着力等性能势在必行。而无皂乳液聚合体系中完全不含或仅含微量(其浓度小于临界胶束浓度)乳化剂,与常规乳液聚合相比,无皂乳液的单分散性胶粒表面洁净,消除了亲水表面活性剂的影响,使聚合物具有较好的物理-化学性能、机械性能和黏结性能,可以得到高性能的涂料。本论文采用两条技术途径制备高性能无皂丙烯酸乳液:(1)自制乳化剂:以丙烯酸(AA)和丙烯酸丁酯(BA)作为聚合单体,过硫酸钾作引发剂、十二烷基硫醇(DDM)为链转移剂、NaHCO3作为缓冲剂进行乳液聚合,得到具有良好乳化性能的P(BA/AANa)低聚物。通过实验确定BA/AA的最佳配比为3/7,然后以此低聚物为乳化剂进行无皂乳液聚合,低聚物P(BA/AANa)用量在2.5%时,乳液及其涂料综合性能最好。交联单体在壳层聚合中的引入可以改善乳液耐水性能,其用量以占壳层单体总量的1.5%为宜。(2)使用反应性乳化剂:反应性乳化剂具有聚合活性,其反应性官能团能参与乳液聚合反应,以共价键的方式键合到聚合物粒子表面,成为聚合物的一部分,避免了乳化剂从聚合物粒子上解吸或在乳胶膜中迁移,大大减少了乳胶膜表面的亲水基团,从而能提高涂料的附着力、耐水性和抗沾污性。本论文中使用的反应性乳化剂有甲基烯丙羟丙磺酸钠HPMAS、烯丙氧基羟丙磺酸钠HAPS、乙烯基磺酸钠SVS、烷基酰胺乙烯磺酸钠DNS-86、烯丙氧基壬基苯氧基丙醇聚氧乙烯醚硫酸铵SE-10N、十一烯酸钠NaUA,对它们单独使用、相互复配或与常规乳化剂复配来制备高性能无皂乳液。经大量实验得出,DNS-86、SE-10N、NaUA的乳化能力佳,可单独使用。综合考虑乳液及其涂料各项性能指标,确定反应性乳化剂SE-10N的适宜掺量为1.0%～1.5%, NaUA的适宜掺量为2.7%,DNS-86的适宜掺量为1.0%。而在这三种乳化剂中,又以DNS-86最佳。将它们与常规乳液相比,附着力、起泡性、胶膜吸水率都明显改善。反应性乳化剂SE-10N、NaUA、DNS-86两两复配体系对乳液耐水性、吸水率、固含量都有一定程度的改善。综合各项性能指标,SE-10N和DNS-86以0.6/0.5,SE-10N和NaUA以0.6/1.5,NaUA和DNS-86以1.0/0.7为最佳复配比例,三者之中又以NaUA和DNS-86复配效果最好。SE-10N、NaUA、DNS-86与其它种类反应性乳化剂SVS、HAPS、HPMAS复配制得的乳液成膜后吸水率小,胶膜耐水性明显改善,配制的涂料耐水性也相应提高,它们对性能的改善效果为SVS>HAPS>HPMAS,但用量不宜太多。上述各种阴离子型反应性乳化剂与常规非离子乳化剂OP-10复配,较之纯阴离子型反应性乳化剂体系,反应稳定性好,乳胶粒径较小,且单分散性较好,但起泡性、耐水性能不太理想。总的看来,无皂乳液及其涂料在耐水性、起泡性、耐沾污性、附着力、硬度等性能上比常规乳液有了很大改善。