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用于密封膏的高固含量苯丙乳液的研究

浏览次数: 日期:2006年7月3日

摘 要:采用高固含量的弹性苯丙乳液与格锐湿法绢云母粉做填料配制成建筑用的密封膏,大大提高了密封膏的固含量,使其中的水分降到最低点,降低了密封膏干燥后的收缩率。
关键词:乳液聚合; 高固含量; 建筑密封膏
1、前言
  弹性苯丙乳液广泛用于涂料、纺织、造纸和粘合剂等工业,以其优良的耐大气老化性、耐水性、耐酸碱性、粘结性、柔韧性和低廉的价格受到人们的青睐。但市售的弹性苯丙乳液固含量一般为 40%-55%之间。用这些弹性苯丙乳液加上填料配制成的密封膏,由于固含量低(一般为60%-70%)、水分含量大,因此干燥后会出现收缩现象(一般为20%-30%)。如果要提高固含量就要增加填料量,但填料量一般不超过乳液量的1.5倍,否则就会影响防水密封效果,容易出现干裂的现象,失去防水的作用。为了避免出现这些情况,笔者经过大量实验来提高苯丙乳液的固含量(达到65%以上),用高固含量的苯丙乳液与格锐湿法绢云母粉做填料,配制成建筑用的密封膏,大大提高了密封膏的固含量(达到85%以上),降低了密封膏的干燥收缩率(10%左右)。同时通过对高固含量的弹性苯丙乳液的粒径大小、分布情况、玻璃化转变温度、乳液成膜及制成密封膏后各项性能的检测,开发出用于建筑密封膏的高固含量苯丙乳液。
2、实验部分
2.1 原料
   丙烯酸丁酯 (BA),聚合级;甲基丙烯酸甲酯(MMA),聚合级;甲基丙烯酸丁酯(MBA),聚合级;丙烯酸(AA),聚合级;苯乙烯(St),聚合级;乳化剂平平加0;十二烷基硫酸钠;引发剂[(NH4)2S208];保护胶PM;NaF(分析纯);去离子水;格锐湿法绢云母粉(滁州格锐矿业有限责任公司提供)。
2.2 苯丙乳液的合成
  首先将一定量的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯加入到有一定量的乳化剂的水溶液中,配制成预乳化液待用。另取一定量的水、乳化剂及PM保护胶加入到反应釜中,中热升温,当反应釜温度升至75 ℃时加入适量预乳化液及引发剂。待引发反应结束后,升温至87℃,滴加剩余的预乳化液,约2-3h滴加完毕,保温1-2h然后降温出料。
2.3 苯丙乳液的性能测定
(1)固含量的测定
取 4-5g乳液放人已知质量m的铝薄片称重为 G 1 ,放人110 ℃烘箱中干燥2h取出称重G 2 ,则固含量为: ( G 2 -m)/(G 1 -m)×100%
(2)残余单体含量测定方法
采用碘量法 [2] 。
(3)钙离子稳定性的测定
  在lOmL试管中,用滴管加入5mL乳液,然后加lmL的0.5%氯化钙水溶液,摇匀后放置24h。如无分层、沉淀、絮凝等现象,即为通过。
(4)机械稳定性的测定
  在1000mL搪瓷杯中,加入200克120目铜网过滤的乳液,将搪瓷杯放在高速分散机座上以3000r/min搅拌0.5h后,再用120目铜网过滤,如果没有或仅有极少量絮凝物即为通过。
(5)乳液粒径大小的测试
用 MALVERN公司的ZETASIZER电子扫描粒径分析仪测试。
(6)聚合物乳液组成分析
红外光谱仪测定结果见下表
苯丙乳液的性能测试结果

 

项 目
指 标
外观
乳白色液体
固含量, wt%
65.2
粘度, mPa·s
750
残余单体,%
≤0.5
Ca 2+ 稳定性
通过
机械稳定性
通过
稀释稳定性
通过
粒径 (nm)
200-400

2.4 苯丙乳液成膜后性能的测试
(1)附着性的测定
采用方格试验。
(2)吸水率的测定
将一定量乳液倒在聚乙烯薄膜上,干燥48h后称膜重G 1 ,放人200 ℃蒸馏水中7天,取出用滤纸将表面水吸干后称重G 2 ,则吸 水率为:( G 2 -G 1 )/G 1 ×100%
(3)耐水泛白性的测定
将一定量乳液倒在聚乙烯薄膜上,干燥48h后将膜浸人20 ℃蒸馏水中7天,观察是否变白。
(4)涂膜力学性能的测定
取一定量乳液均匀浇在聚乙烯膜上,自然干燥,如浇的膜太薄可多浇几次,涂层厚度大约为2mm,放置2周完全干燥后,将膜切成哑铃型的样品,样品标记长度为25mm,用拉力试验机测试涂膜的拉伸强度以及断裂伸长率。
(5)玻璃化转变温度
测试仪器:DSC差示扫描量热仪。
苯丙乳液成膜后性能的测试结果

 

项 目
指 标
附着性
玻璃板 100/100
吸水率 %
8
耐水泛白性
无变化
断裂伸长率 %
860
断裂时拉伸强度 MPa
0.04
玻璃化转变温度 ℃
-16.94

2.5 密封膏的制备

 

项 目
质量分
分散剂 -SN5040
0.1
润湿剂 -cognis436
0.1
防腐剂 -cognisLFM
0.1
流平剂 -cognis620
0.1
消泡剂 -cognisF-50A
0.1
抗冻融稳定剂
0.3
自制苯丙乳液
45
格锐绢云母粉
60
配制工艺:在搪瓷筒内加入苯丙乳液,然后加分散剂、润湿剂、防腐剂、流平剂、消泡剂、抗冻融稳定剂,常温下搅拌 20-30min,加入填料(慢慢加入),继续搅拌,最后研磨即得成品。
2.6 密封膏性能指标的测试
(1)涂膜的制样:在清洁干燥的玻璃板上放上140 × 70 × 3(mm)的金属框,用胶带固定在玻璃板 上,用金属刮板将密封膏均匀刮在金属框内,表面刮平,干燥 14天后取出试样待用。
(2)涂膜力学性能的测定:将(1)中的试样切成哑铃型的样品,样品标记长度为25mm,用拉力试验机测试涂膜的拉伸强度及断裂伸长率。
(3)100%拉伸恢复率的测定:将(1)中的试样切成哑铃型的样品,样品标记长度为 30mm,用拉力试验机把试件拉至60mm,保持5 min。然后取下试样,放在玻璃板上,1h后测定试样宽度,精确到0.1mm。按公式计算拉伸恢复率:拉伸恢复率 =(2L 0 -L 1 )/L 0 × 100%式中:L。为试样原宽度;L 1为试样恢复后宽度。
(4)下垂度的测定:将密封膏装入铜槽内,用刮板刮平。将试样垂直悬挂1小时后,测量试样经槽的下端到下垂端点的长度,以 mm表示。
密封膏性能指标
项 目
JC484-92(96)指标
实测值
固含量/%
80
85
表干时间 (h,不大于)
24
3
下垂度 (mm,不大于)
3
0
收缩率 (%,不大于)
30
11
低温柔性 ( ℃)
-20
-20
初期耐水性
未见浑浊液
合格
恢复率 (%,不小于)
70
85
断裂伸长率 (%)*
 
300
拉伸强度 (MPa)*
 
0.4
密度 (g/cm 3 )*
 
1.63
抗渗性 (MPa)*
 
0.3
粘结强度 (MPa)*
 
0.5
注:标有 *的项目为笔者自测指标
3、结果与讨论
3.1 乳化剂的用量
  在乳液聚合过程中,乳化剂的用量对乳液粒径及数目、乳液的粘度,聚合物分子量、聚合反应速率及乳液稳定性和成膜后的耐水性均有影响。综合考虑,本实验中乳化剂用量为单体用量的2%效果最佳。
3.2 丙烯酸的用量
  丙烯酸在乳液聚合中是不可缺少的功能性单体,它可增加聚合物乳液的稳定性,减小乳液粒径,提高乳液的分散性,增加涂膜附着力。但丙烯酸含有亲水基—COOH,所以含量越高,涂膜的耐水性越差。本实验选用丙烯酸含量为单体含量的3%。
3.3 玻璃化转变温度
    从DSC差示扫描量热仪测定的结果可以看出玻璃化转变温度为-16.94 ℃,此时成膜柔软,弹性以及强度均为最佳。
3.4 红外光谱分析
    从红外光谱图可以看出,2960cm-1为甲基和亚甲基CH伸缩振动;1732cm-1为羰基伸缩振动,1448cm-1,为亚甲基和甲基的变形振动,701 cm-1为苯环的变形振动峰,759 cm-1为CH键苯环面外弯曲,这些特征峰的存在说明了丙烯酸酯与苯乙烯单体完全共聚。
3.5 粒径分布情况
    用ZETASIZER电子扫描粒径分析仪测试,乳液,粒径大部分在200-400nm之间,平均300nm左右,且分布均匀,说明该聚合过程是平稳的。
3.6 格锐绢云母做填料
    绢云母属于单斜晶体,晶体为鳞片状,富弹性,可弯曲,抗磨性和耐磨性好,耐热绝缘,难溶于酸碱溶液,化学性质稳定。用它做填料可以提高密封膏的耐候性,同时可提高涂膜的综合机械性能和抗透水性。
3.7 NaF含量的确定
    向乳液聚合体系加入适量的 NaF可以提高聚合反应速率,增大聚合物乳液的稳定性,改善聚合物乳液的流动性。因为乳液的固含量很高,反应后期体系的粘度会增大,严重会导致凝聚失去流动性,影响聚合反应。因此加入适量的NaF来改善聚合物乳液的流动性。但NaF加入量过大会使聚合物乳液失去稳定性导致破乳。综合考虑,本实验中NaF加入量为乳液量的0.1%。
4、结语
    用高固含量的苯丙乳液与格锐湿法绢云母粉配制的建筑密封膏,具有优良的粘结性、柔韧性,无毒无污染,施工方便,具有良好的弹性恢复率、抗下垂性能,降低了干燥后的收缩率,能较好地与潮湿基面(基面含水率在95%以下)粘结,粘结强度较高,克服了目前密封膏在潮湿基面施工时必须烘烤的弊端,是一种优良的密封材料。

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