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传统的溶剂涂料使用有机溶剂,挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOC)含量高,而涂料水性化是减少VOC的最佳途径。丙烯酸酯乳液(polyacrylate,PA)具有优异的光稳定性和耐候性,良好的耐水、耐碱、耐化学品性能和粘接性能,因此成为水性涂料的重要品种。但因PA存在硬度低,成膜性差,干燥速度慢等缺点,限制了其在水性木器涂料中的使用。目前采用各种化学交联的方法对其进行改性。
采用双丙酮丙烯酰胺(diacetone acrylamide,DAAM)作为功能单体,己二酸二酰肼( adipic dihydrazide,ADH)作为交联剂制备了具有核壳结构的室温自交联丙烯酸酯乳液。该乳液施工后,由于可挥发碱的挥发,体系转化为酸性,羰基和酰肼基在室温下缩合产生交联。用这种乳液制成的单组分水性木器涂料,不仅可以降低工人的劳动强度和减少固化过程中的能耗,而且可以大大提高漆膜的硬度,耐水性,耐溶剂性等,提高了水性木器漆的档次。
在乳液的配方设计方面,研究了聚合工艺、乳化剂的复配及添加方式、亲水性功能单体的用量等因素对乳液性能的影响;考察了不同核壳玻璃化转变温度( glass transitiontemperature,Tg)对乳液的成膜性及乳胶膜性能的影响。对于交联反应,考察了DAAM含量、DAAM与ADH的摩尔比对乳液及乳胶膜性能的影响;重点分析了交联反应速度的影响因素:DAAM含量、DAAM加入方式以及核壳质量比、成膜助剂、乳液pH值、中和剂、温度等。
研究结果如下:采用半连续单体滴加的聚合工艺最佳,乳化剂最佳用量为2.5%,SDS/OP-10乳化剂配比为1:1~1:2且采用壳层单体预乳化法,亲水性功能性单体的用量为4%~5%,核壳的聚合物的Tg分别设计为:0℃、40℃;DAAM含量影响聚合稳定性、交联度及涂膜硬度、涂膜吸水率、水分挥发速率、涂膜机械性能等,确定2.5%~3%的用量是DAAM的最佳用量,DAAM与ADH的摩尔比为2:1.2~2:1.5;将DAAM全部加入壳层单体中,设计核壳质量比为1.5:1~1:1,选择氨水将乳液中和至pH7~8,采用水溶性较大的成膜助剂可以加快交联反应速度。
通过激光粒度分析、透射电镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、示差扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)以及接触角测试对自交联乳液及乳胶膜进行了表征。实验结果表明:(1)合成的自交联乳液具有核壳结构;(2)红外光谱分析从结构上证实了交联反应的发生;(3) DSC测试存在两个Tg,且交联反应可以提高Tg;(4) AFM、接触角测试表明交联反应使涂膜表面更加致密,提高了涂膜的耐水性。