张彩媚,黄祥斌,成煬霈（佛山市顺德区巴德富实业有限公司，广东佛山 528322）
摘要：通过在丙烯酸弹性乳液中添加一定量的丙烯酸异冰片酯(IBOA),考察了IBOA用量、IBOA在预乳化液中的添加节点,对涂膜拉伸强度、延伸率、耐沾污、附着力的影响。研究结果表明,当IBOA的用量在4%(质量分数)、预乳化液滴加20%时,其加入能有效地提高其涂膜的拉伸强度、延伸率、耐沾污、附着力等性能。
关键词：丙烯酸异冰片酯，丙烯酸弹性乳液，拉伸强度，耐玷污，附着力
0 前 言
弹性乳液在改善其弹性的同时，普遍会牺牲其部分耐沾污和附着力性能，为了克服此不足，本次实验选择了丙烯酸异冰片酯，并对其在改性弹性乳液的部分性能进行了探究。丙烯酸异冰片酯(IBOA)是一种蒎烯基丙烯酸酯功能单体，IBOA存在双键，能与许多其他单体通过自由基共聚形成性能优异的聚合物，又有特殊的异冰片酯烷氧基为巨大的非极性二环烷基，该二环烷基能给聚合物链很强的空间位阻保护，使之在耐水性、耐UV性和耐化学性等方面表现优异。同时高沸点、低挥发性，有利于节约能源和保护环境。IBOA的刚性环状结构，其高玻璃化转变温度、低表面张力(低收缩)，在增加成膜物质的硬度同时，保持及增加其弹性，并能提高聚合物的附着力、流平性、耐老化等性能。本实验采用IBOA对丙烯酸弹性乳液进行改性，进一步提高了弹性乳液的弹性和附着力。
1 实验部分
1.1 实验原材料(见表1)
1.2 实验仪器(见表2)
1.3 聚合工艺
1.3.1 乳液制备的参考配方(见表3)
1.3.2 预乳化液的制备
在预乳化缸中称取配方量的阴离子乳化剂，然后称取配方量的去离子水，将预乳化缸置于搅拌机中搅拌，待预乳化缸中的阴离子乳化剂完全溶解后，按顺序，依次将配方量的丙烯酸正丁酯、丙烯腈、丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯倒入预乳化缸中进行分散搅拌，搅拌30 min后，停止搅拌。
1.3.3 实验工艺流程
调节自动控温仪，使烧瓶内部的温度达到87～89℃，将预乳化液与引发剂同时滴加进入反应釜中，滴加180 min，滴加过程中，将内温维持在87～89 ℃；滴加结束后，保温40 min；然后降温至70～75 ℃，进行后处理，氧化剂与还原剂同时滴加，滴加30 min，滴加过程中温度维持在70～75 ℃；滴加结束后，保温30 min；降温至50 ℃以下，滴加30 min中和剂，然后保温10min；最后过滤、出料。
1.3.4 丙烯酸异冰片酯的加入流程
在滴加过程中，当预乳化液滴加了一定量后，停止滴加，取出预乳化缸，加入一定量的丙烯酸异冰片酯，搅拌预乳化液30 min，然后停止搅拌，继续滴加剩余预乳化液。
1.4 测试与表征
1.4.1 耐擦洗的检测标准
拉伸强度按国标GB/T 528—1998方法测定；耐沾污按国标GB/T 9780—2005方法测定；附着力按国标GB/T 9286—1998方法测定。
1.4.2 耐擦洗的检测配方(见表4)
2 结果与讨论
2.1 IBOA添加量对涂膜拉伸强度、延伸率的影响
通过实验1#～7#，不改变IBOA的添加节点，只改变IBOA的用量，将IBOA直接添加在未开始滴加的预乳化液中，探究IBOA的添加量对涂膜常温拉伸强度、低温拉伸强度及常温延伸率的影响，见表5。
由表5可见，随着IBOA用量的增大，涂膜的常温拉伸强度、低温拉伸强度以及常温延伸率均越来越大。但用量增大，超过4%时，其效果越不明显，达到一定程度，略微下降。
这是由于IBOA于体系中易形成氢键，使得分子链之间相容性较好易于相互贯穿和缠结，形成具有高强度、高硬度及不易被溶剂破坏的特点，故随着IBOA用量的提高，拉伸强度增大。但随着IBOA的继续增多，IBOA空间位阻的增大，乳化剂包裹变得困难，乳液稳定性下降，所以涂膜常温拉伸强度、低温拉伸强度与常温延伸率反而下降。
2.2 IBOA添加量对涂膜耐沾污、附着力的影响
通过实验8#～14#，不改变IBOA的添加节点，只改变IBOA的用量，将IBOA直接添加在未开始滴加的预乳化液中，探究IBOA的添加量对涂膜耐沾污及附着力的影响，见表6。
由表6可见，随着IBOA用量的增大，涂膜的常规耐沾污性、UV固化24 h后的耐沾污性、常规附着力以及泡水24 h后的涂膜附着力均越来越好，且效果明显。因为IBOA属于硬单体范畴，而丙烯酸正丁酯属于软弹体范畴，当硬单体用量逐渐增多，聚合物的玻璃化转变温度逐渐升高，聚合物的黏弹性逐渐降低，因此涂膜具有较好的耐沾污。在IBOA的添加量为5%时，涂膜常规附着力与泡水24 h后的涂膜附着力同时达到了0级，原因在于IBOA具有独特的桥环状结构，因此涂膜与基材极易通过氢键的作用形成稳定而又牢靠的连接，因此随着乳液中IBOA的增加，涂膜的附着力明显提高。
2.3 IBOA添加时间点对涂膜拉伸强度、延伸率的影响
通过实验15#～19#，控制IBOA的添加量为4%的情况下，通过改变IBOA的添加节点，探究IBOA的添加量对涂膜常温拉伸强度、低温拉伸强度及常温延伸率的影响，见表7。
由表7可见，IBOA在预乳化液滴加完20%后再添加入剩余预乳化液中，此时涂膜具有最佳的常温拉伸强度、低温拉伸强度以及常温延伸率。而在预乳化液滴加完40%之后再将IBOA加入剩余预乳化液中，涂膜的常温拉伸强度、低温拉伸强度及常温延伸率下降明显。这是由于IBOA特殊的环状结构，使得IBOA具有很强的极性与很大的空间位阻，因此随着预乳化液剩余部分的减少，IBOA在剩余部分不能完整地包裹乳胶粒，且随着剩余部分的预乳化液进一步减少，体系的聚合程度也逐渐降低，使乳液的稳定性逐渐变差，导致涂膜最终的常温拉伸强度、低温拉伸强度以及常温延伸率逐渐下降。
2.4 IBOA添加时间点对涂膜耐沾污、附着力的影响
通过实验20#～24#，控制IBOA的添加量为4%的情况下，通过改变IBOA的添加节点，探究IBOA的添加量对涂膜耐沾污性及附着力的影响，见表8。
由表8可见，当IBOA在预乳化液滴加了20%时加入，此时涂膜的常规耐沾污、UV固化24 h后的耐沾污、常规附着力以及泡水24 h后的附着力的性能最佳，而当IBOA在预乳化液滴加了40%后再加入，此时涂膜的常规耐沾污、UV固化24 h后的耐沾污、常规附着力以及泡水24 h后的附着力的性能明显下降。
同样的，也是由于IBOA特殊的环状结构，使得IBOA具有很强的极性与很大的空间位阻，因此随着预乳化液剩余部分的减少，IBOA在剩余部分不能完整地包裹乳胶粒，且随着剩余部分的预乳化液进一步减少，体系的聚合程度也逐渐降低，使乳液的稳定性逐渐变差，导致涂膜最终的常规耐沾污、UV固化24 h后的耐沾污、常规附着力以及泡水24 h后的附着力逐渐下降。
3 结 语
通过考察了IBOA用量以及IBOA在预乳化液中的添加节点，对涂膜常温拉伸强度、低温拉伸强度、常温延伸率、常规耐沾污、UV固化24 h后的耐沾污、常规附着力以及泡水24 h后的附着力的影响。研究结果表明，当IBOA的用量在4%、在预乳化液滴加完20%后再添加IBOA，此时涂膜的常温拉伸强度为12.46 MPa，涂膜的低温拉伸强度为5.31 MPa，涂膜的常温延伸率为263.5%，涂膜的常规耐沾污为83.2%，涂膜在UV固化24 h后的耐沾污为78.4%，涂膜的常规附着力等级为0级，涂膜在泡水24 h后的附着力为0级。
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