Page 159 - 《精细化工》2019年第11期

第 11 期 成航航，等: 水性涂料用苯丙树脂的制备及胶膜性能 ·2307·

由表 3 可以看出，随着 HPMA 用量的增加胶膜 的化学强度过大，胶膜表现出一定的脆性。故选择
耐水时间、硬度、接触角先增大后减小，交联度呈 m(St)∶m(MMA)=30∶10。
现先增加后趋于平稳的趋势。在 HPMA 用量为 10%
时，胶膜硬度达到 72.4，接触角达到 97.0，耐水 表 4 St 与 MMA 不同质量比对胶膜力学性能的影响
Table 4 Effect of different mass ratios of St and MMA on the
时间达到 90 h，体系的交联度达 47.48%。这是因为 mechanical properties of films
较小的粒径及优异的分散性使得乳胶粒的表面积增
m(St)∶ 拉伸强度/ 断裂伸 吸水率/
大，分子链段相互渗透的空间阻力变小且胶粒之间 m(MMA) MPa 长率/% % 附着力
的挤压变形更加规律，制备的胶膜致密且平滑；同 0∶40 1.068 65.153 11.47 2
时“软核硬壳”的胶粒结构使得胶膜表面具有较强 10∶30 1.352 67.903 9.73 2
的疏水性及电荷排斥性，也解决了胶膜制备过程中 20∶20 1.370 66.863 8.14 1
“热黏冷脆”的问题；壳层的羟基与异氰酸酯基反 30∶10 1.422 59.355 7.79 1
应生成氨基甲酸酯，以提高胶膜的固化交联密度， 40∶0 1.466 68.298 7.38 1
当 HPMA 用量小于 8.5%或大于 11.5%时，胶膜的耐
水时间和接触角均呈现下降的趋势。这可能是因为，
羟基的含量太低，与异氰酸酯的交联密度不够；而
羟基含量太高，部分羟基被卷曲包裹在分子链内部
未能与固化剂发生反应，多余的异氰酸酯与水、胺、
羧基发生副反应导致大量的气孔留在胶膜中降低涂
膜的外观和物理机械性能，故选择 HPMA 用量占单
体总量的 10%为最佳用量 [21] ，此时所制备的胶膜耐
水性能优异。

图 7a 为 HPMA 用量为 10%，加入 1%异氰酸酯
图 8 不同 St 用量下胶膜的拉伸强度与断裂伸长率
固化剂的接触角图片，图 7b 为 HPMA 用量为 10%，
Fig. 8 Tensile strength and elongation at break of the films
未加固化剂的接触角图片，可以明显看出，异氰酸 with different St dosages
酯固化剂对于胶膜的接触角有较大的提升 [22] 。

3 结论
（1）采用半连续溶液及转相乳液聚合方法，当
MAA 在核壳中添加分配质量比为 2∶8、MAA 用量
为 7%、HPMA 用量为 10%时，成功制备了具有自
乳化核壳结构的水性苯丙树脂水分散体，得到共聚
乳液粒径为 259.65 nm、分散系数为 0.149，黏度为

a—添加固化剂接触角；b—未添加固化剂接触角 349.1 mPas，“软核硬壳”结构能够有效提升胶膜的
图 7 10%HPMA 添加与未添加固化剂对比图 防水性及硬度，同时解决了成膜过程存在的“热黏
Fig. 7 Contact angles of the samples containing 10% HPMA 冷脆”问题。
with and without addition of curing agent
（2）制备的苯丙水分散体调配胶膜时引入异氰
2.6 胶膜力学性能测试 酸酯固化剂。测得胶膜拉伸强度为 1.422 MPa，断裂
St 与 MMA 的质量比对胶膜力学性能的影响如 伸长率为 59.355%，附着力为 1 级，硬度为 72.4°，
表 4 所示，不同 St 用量下胶膜的拉伸强度与断裂伸 耐水时间为 90 h，成功解决了现存苯丙乳液硬度低、
长率如图 8 所示。 防水性差、储存稳定性差等问题。
由表 4 和图 8 可知，随着 St 用量的增加，胶膜 （3）后续可进一步引入新的功能单体对树脂进
的拉伸强度、附着力、断裂伸长率呈现上升的趋势， 行改性以提高其性能，例如：石墨烯改性、磷酸酯
吸水率呈现下降趋势。这是因为，St 含有硬度高、 改性、有机硅改性，以期实现苯丙树脂更广泛的应用。
疏水性较强的苯环基团，且具有较小的水溶性，在
参考文献：
共聚物链段中引入 St 可使胶膜的疏水能力增强，显
[1] Ma G, Shen Y, Gao R, et al. Micromorphology and adhesive
著提高漆膜的硬度、耐水性、抗污性 [23] 。但当 St
properties of sulfonated polyurethane/polyacrylate emulsions
全部替代 MMA 时，其刚性过强，使得聚合物链段 prepared by surfactant-free polymerization[J]. Journal of Polymer