丙烯酸酯乳膠涂料的制備及其在室內設計中的應用

王文玲，虞家祺

（1.江蘇工程職業技術學院，江蘇 南通 226014；2.南通四建集團有限公司，江蘇 南通 226014）

室內設計需要不同顏色的涂料，不同的涂料具有不同的性質，而且制備涂料的過程中，易產生有害氣體甲醛。丙烯酸酯乳膠涂料由于具有色彩飽和度大、色彩鮮艷、光滑穩定、抗沖擊性能好的特點，在室內設計中占有重要地位［1］，逐漸取代了傳統的油漆等材料。丙烯酸酯乳膠涂料能夠將甲苯二異氰酸酯、苯、甲苯、二甲苯、甲醛、可溶性重金屬等有害物質的含量降到最低。目前，丙烯酸酯乳膠涂料乳化劑的合成主要采用單體直接滴加法、預乳化法、種子聚合法、互穿網絡聚合法［2］。其中，互穿網絡聚合法是利用聚合物共混改性技術，使聚合物互相貫穿成交織網絡狀，形成一種綜合性能較優的聚合物乳化劑［3］。本工作采用互穿網絡聚合法合成了丙烯酸酯乳膠涂料乳化劑。丙烯酸酯乳膠涂料是基于二烷基磺基琥珀酸鹽、聚氧乙烯烷酚基醚、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯類增稠劑、乙二醇、2-甲基-4-噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4異噻唑啉-3-酮等助劑，并加入不同的顏料，制備而成的一種摩擦系數小、耐磨性強、抗沖擊性能好、耐化學藥品腐蝕性能強、抗變質性能強的室內設計用涂料。與傳統室內設計采用的油漆、涂料相比，雖然丙烯酸酯乳膠涂料成本偏高，但其相對分子質量較優，并具備優異的綜合性能，擁有較好的發展前景。本工作以丙烯酸酯乳膠涂料在室內設計中的應用研究為目的，采用實驗驗證方法，完成丙烯酸酯乳膠涂料的制備，并研究丙烯酸酯乳膠涂料在室內的應用情況。

1 實驗部分

1.1 主要原料與試劑

二乙烯基苯，密度0.918 g/cm3，河南特萊爾化工產品有限公司。乙二醇二丙烯酸酯，密度1.086 g/cm3，漢拉那白醫藥化工有限公司。甲基丙烯酸甲酯，純度99.9%，密度0.944 g/cm3，東莞市勤越塑膠原料有限公司。苯乙烯，純度99.9%，密度0.909 g/cm3；丙烯酸丁脂，純度99.5%，密度0.894 g/cm3：鄭州創美化工產品有限公司。丙烯酸，純度99.9%，密度1.050 g/cm3；甲基丙烯酸，純度99.0%，密度1.015 g/cm3：廣東中海南聯能源有限公司。乙烯基三乙氧基硅烷，純度99.5%，密度0.970 g/cm3，廣州維立納化工有限公司。甲醛合次硫酸氫鈉，純度97.5%，密度1.750 g/cm3，德州潤昕實驗儀器有限公司。十二烷基硫酸鈉，純度99.7%，密度1.090 g/cm3，蘇州市萬能化工有限公司。過硫酸銨，純度95.0%，密度1.980 g/cm3，天津市鼎盛鑫化工有限公司。硫酸亞鐵，純度99.5%，密度1.897 g/cm3，無錫鳳民環保科技發展有限公司。氨水，純度25.0%，密度0.910 g/cm3，廣西柳州億炫化工有限公司。聚乙二醇辛基苯基醚，純度99.5%，密度1.060 g/cm3，濟南世紀通達化工有限公司。鄰苯二甲酸二丁酯，密度0.973～0.977g/cm3，鹽城化工科技有限公司。

1.2 主要設備

ZNHW-Ⅱ型控溫溫度計，鞏義市予華儀器有限責任公司；MIK-PH160型pH測試儀，杭州米科Asmik傳感技術公司。

1.3 丙烯酸酯乳膠涂料乳化劑的合成

采用二乙烯基苯、乙二醇二丙烯酸酯作為互穿網絡聚合法的交聯劑，以乙烯基三乙氧基硅烷、聚乙二醇辛基苯基醚分別作為聚合物乳液中核層與殼層，以甲基丙烯酸甲酯為主體，丙烯酸丁脂為保護劑，加入鄰苯二甲酸二丁酯作為增塑劑，加入適量去離子水，合成丙烯酸酯乳膠涂料乳化劑。

丙烯酸酯乳膠涂料乳化劑合成配比：甲基丙烯酸甲酯39.0～50.0 kg（L），十二烷基硫酸鈉2.0 kg（L），甲基丙烯酸2.0 kg（L），過硫酸銨（質量分數為10%的水溶液）0.4 kg（L），丙烯酸丁脂3.0 kg（L），乙烯基三乙氧基硅烷2.0 kg（L），聚乙二醇辛基苯基醚2.0 kg（L），甲醛合次硫酸氫鈉（質量分數為10%的水溶液）8.2 kg（L），硫酸亞鐵（質量分數為10%的水溶液）0.2 kg（L），去離子水100.0 kg（L）。

將原料按上述配比加入反應釜中，加熱至90℃，并進行攪拌。在原料完全溶解后，冷卻至65℃，分批加入甲基丙烯酸甲脂，回流30 min，并將溫度升至80 ℃；甲基丙烯酸甲酯加入完畢后，冷卻至50 ℃，用于提高丙烯酸酯乳膠涂料乳化劑的塑性，再冷卻至室溫，將氨水稀釋至質量分數為10%，調整氨水pH值為7～8，得到白色乳液，即為丙烯酸酯乳膠涂料乳化劑。

1.4 丙烯酸酯乳膠涂料的制備

取定量去離子水、丙烯酸類單體、丙烯酸酯乳膠涂料乳化劑、助劑，按比例混合，采用強力攪拌機進行攪拌，室溫條件下得到預乳化溶液，四頸瓶中加入少量預乳化溶液，水浴加熱到62.0 ℃±0.5℃（實驗環境為常壓），逐步加入硫代硫酸銨以及硫酸亞鐵水溶液，攪拌5 min。再加入10%（w）甲醛合次硫酸氫鈉水溶液，同時加入潤濕分散劑、消泡劑、增稠劑、成膜劑、防腐劑、防霉劑、pH調節劑、顏填料，在四頸瓶中進行攪拌。為了獲得良好的丙烯酸酯乳膠涂料，甲醛合次硫酸氫鈉水溶液最好分批加入，以免一次性加入，攪拌不均勻。當上述工序完畢后，在溫度為62.0 ℃±0.5 ℃，常壓條件下進行連續還原反應，反應時間為1 h。然后將溫度降至40.0 ℃以下，采用氨水將丙烯酸酯乳膠涂料pH值調節至7～8，利用pH測試儀檢查合格后，過濾，即得到丙烯酸酯乳膠涂料。

2 丙烯酸酯乳膠涂料的應用性能

丙烯酸酯乳膠涂料可通過加入不同的顏料，形成不同的色彩，在室內設計中具有非常獨特的個性。丙烯酸酯乳膠涂料顏填料的選擇一般為，顏料體積分數為45%～70%。顏基比（即顏料和填料與固體樹脂之比）一般為（4.0～7.0）∶1.0。配合2-甲基-4-噻唑啉-3-酮與5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮的使用，能夠顯著減少甲醛釋放量。

2.1 強抗腐蝕防霉性

因丙烯酸酯乳膠涂料的強抗腐蝕防霉性，使丙烯酸酯乳膠涂料在室內設計中得到了廣泛的應用。防腐劑可以保證配制的丙烯酸酯乳膠涂料具有一定的保質期，在該期限內丙烯酸酯乳膠涂料不發生變化，而防霉劑的應用同樣可以保證涂料不會發生霉變。本次制備的丙烯酸酯乳膠涂料主要采用的防腐劑為5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮、1,2-苯并異噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-噻唑啉-3-酮。通常，2-甲基-4-噻唑啉-3-酮與5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮配合使用，可代替釋放甲醛的防腐劑，加入量一般為丙烯酸酯乳膠涂料整體質量的0.1%～0.3%［9］。防霉劑是防止制備的丙烯酸酯乳膠涂料發霉。制備丙烯酸酯乳膠涂料通常采用的防霉劑主要包括2-正辛基-4-異噻唑啉-3-酮、苯并咪唑氨基甲酸甲酯、N′-（3,4-二氯苯基）-N,N-二甲基脲。本工作采用N′-（3,4-二氯苯基）-N,N-二甲基脲作為主要防霉劑，加入量為丙烯酸酯乳膠涂料整體質量的0.3%～1.2%。

丙烯酸酯乳膠涂料的抗腐蝕性以及防霉性使丙烯酸酯乳膠涂料表面穩定，不受天氣的影響而變化，不易產生腐蝕，不發霉，能夠始終表現出不同的色彩，具有長期的穩定性，不受室內環境影響而變化，丙烯酸酯乳膠涂料整體致密；但是過量的2-甲基-4-噻唑啉-3-酮與5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮會造成丙烯酸酯乳膠涂料的結合強度下降，易產生起皮脫落的現象，但2-甲基-4-噻唑啉-3-酮與5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮能夠大幅提高丙烯酸酯乳膠涂料的色彩飽和度。

2.2 摩擦系數

增稠劑主要包括纖維素醚類增稠劑、堿溶脹型增稠劑、聚氨酯類增稠劑、無機增稠劑、絡合型有機金屬化合物類增稠劑，用于調整丙烯酸酯乳膠涂料的黏稠度。本工作采用聚氨酯類增稠劑，加入量為丙烯酸酯乳膠涂料總質量的3.0%。丙烯酸酯乳膠涂料通過高速攪拌機的攪拌，在聚二甲基硅氧烷的作用下，其顆粒粒徑可達到微米級，加入聚氨酯類增稠劑，使丙烯酸酯乳膠涂料具有一定的光滑度，且具有較高的黏稠性。若僅通過聚二甲基硅氧烷對摩擦系數進行控制，聚氨酯類增稠劑加入量不變，那么丙烯酸酯乳膠涂料的流動性增加，表面易發生堆聚的現象，導致厚度不均。為此，聚二甲基硅氧烷與聚氨酯類增稠劑質量比設置為10∶3，使摩擦系數達到最大，同時通過調整高速攪拌機的攪拌時間、攪拌速率控制丙烯酸酯乳膠涂料的單體顆粒大小。

2.3 耐磨性和抗沖擊性能

丙烯酸酯乳膠涂料應具有一定的強度和抗沖擊性能。丙烯酸酯乳膠涂料的耐磨性和抗沖擊性能主要取決于丙烯酸酯乳膠涂料的制備過程，在水浴加熱過程中發現，溫度為62 ℃時，丙烯酸酯乳膠涂料耐磨性和抗沖擊性能最好，隨著溫度的升高或降低，丙烯酸酯乳膠涂料的耐磨性和抗沖擊性能均呈下降趨勢。當水浴加熱溫度低于40 ℃時，丙烯酸酯乳膠涂料的耐磨性和抗沖擊性能降至原來的1/3，不能滿足日常的使用要求，易產生掉皮脫落的現象，且較低的聚合溫度，不能有效地將潤濕分散劑、消泡劑、增稠劑、成膜助劑、防腐劑、防霉劑、pH調節劑（氨水）進行混合。

2.4 其他助劑的應用

除了上述原料助劑以外，研究的丙烯酸酯乳膠涂料助劑還包括濕潤分散劑、消泡劑以及成膜劑。潤濕分散劑能夠將原料進行潤濕和分散，保證攪拌的均勻性以及一致性。一般加入量為整體質量的1%。通常采用二烷基磺基琥珀酸鹽、聚氧乙烯烷酚基醚、烷基萘磺酸鈉等陰離子型表面活性劑作為潤濕分散劑。消泡劑是防止在高速攪拌過程中產生氣泡，降低丙烯酸酯乳膠涂料整體質量，本工作采用有機硅消泡劑（聚二甲基硅氧烷）在丙烯酸酯乳膠涂料制備過程中進行消泡，有機硅消泡劑具有用量少，消泡質量高的特點。加入適當的成膜劑可使丙烯酸酯乳膠涂料易成膜，成膜劑主要包括乙二醇、丙二醇乙醚、丙二醇、一縮乙二醇、甲基芐醇、己二醇、十二碳酯醇等，本工作采用乙二醇作為成膜劑，加入量為丙烯酸酯乳膠涂料總質量的0.1%。

3 結論

a）丙烯酸酯乳膠涂料乳化劑的合成方法眾多，其合成溫度、加入助劑的種類對成品性能均有影響。采用2-甲基-4-噻唑啉-3-酮與5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮配合使用，可代替釋放甲醛的防腐劑。

b）丙烯酸酯乳膠涂料聚合過程，采用氨水將丙烯酸酯乳膠涂料pH值調節至7～8后進行過濾出料，成品在各項助劑的影響下具有抗腐蝕防霉性強、摩擦系數小、表面光滑、耐磨性和抗沖擊性能優異的丙烯酸酯乳膠涂料。