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      我國(guó)苯丙乳液的應(yīng)用進(jìn)展

      2017-04-11 13:05:14賴(lài)曉琳
      上海化工 2017年7期
      關(guān)鍵詞:苯丙丙烯酸水泥砂漿

      賴(lài)曉琳

      漳州衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院(福建漳州 363000)

      綜述

      我國(guó)苯丙乳液的應(yīng)用進(jìn)展

      賴(lài)曉琳

      漳州衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院(福建漳州 363000)

      概述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者將改性苯丙乳液應(yīng)用于紙?zhí)幚?、建筑材料、油墨、涂料印花黏合劑等方面的進(jìn)展。

      苯丙乳液 紙?zhí)幚?建筑材料 油墨 涂料印花黏合劑

      中國(guó)分類(lèi)號(hào) TK437

      作為當(dāng)前具有重要工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的十大非交聯(lián)型乳液之一的苯丙乳液,是由軟單體丙烯酸酯和硬單體苯乙烯共聚而成的。硬單體賦予其一定的硬度和耐磨性,軟單體賦予其一定的彈性和耐久性。由于苯丙乳液良好的附著力、耐水性、耐候性等,廣泛用于涂料、造紙、膠黏劑等領(lǐng)域。近年來(lái),國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)引入功能性單體制備出性能更加優(yōu)異的改性苯丙乳液,或?qū)⒈奖橐号c其他功能性材料混合,使其性能得到提升,進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。

      1 紙?zhí)幚?/h2>

      1.1 紙質(zhì)文物

      中國(guó)是造紙術(shù)的發(fā)源地,迄今為止已有近兩千年的歷史。紙張作為一種文化載體,承載了人類(lèi)的思想、智慧、歷史和創(chuàng)造,擔(dān)負(fù)著為國(guó)家民族傳承文明與凝聚精神的使命[1]。但是由于霉菌、蟲(chóng)蛀、空氣的氧化、塵埃的黏附等原因,使得紙張的保存壽命大大縮短,影響了紙質(zhì)文物的歷史價(jià)值。因此,紙質(zhì)文物的保護(hù)工作刻不容緩。喬來(lái)聰?shù)萚2]以聚乙烯醇為打底液、丙烯酸丁酯為軟單體、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯為硬單體、過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑、十二烷基磺酸鈉和烷基酚聚氧乙烯醚為乳化劑,合成了紙質(zhì)文物保護(hù)用苯丙乳液施膠劑,經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的苯丙乳液處理并在50℃條件下干燥的紙樣,其機(jī)械性能大幅提升,且外觀保持原貌。將處理后的紙樣放入105℃的環(huán)境中進(jìn)行老化,并測(cè)試其物理性能,結(jié)果表明:苯丙乳液自身顯示出良好的抗老化性能,且能夠大幅提高紙張的抗老化性能。紅外表征顯示,老化處理后,苯丙乳液薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化,說(shuō)明其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

      1.2 汽車(chē)濾紙

      苯丙乳液作為汽車(chē)濾紙的浸漬樹(shù)脂應(yīng)用廣泛,但對(duì)汽車(chē)濾紙強(qiáng)度和耐水性等影響較大,因此對(duì)其改性的研究也在不斷進(jìn)行[3]。呂曉慧等[4]以苯乙烯和丙烯酸酯為主要單體,引入E-20、E-44兩種環(huán)氧樹(shù)脂,采用預(yù)乳化半連續(xù)乳液聚合法制備改性苯丙乳液,對(duì)改性苯丙乳液性能及其應(yīng)用于汽車(chē)濾紙浸漬的效果進(jìn)行檢測(cè)分析。結(jié)果表明,所得濾紙的挺度、耐破度、耐水性能都得到提高,透氣度、孔徑與未改性乳液持平或略微下降。環(huán)氧樹(shù)脂的用量在1%~3%范圍內(nèi),E-20改性苯丙乳液浸汽車(chē)濾紙強(qiáng)度和耐水性能明顯優(yōu)于使用E-44改性乳液。

      2 水泥砂漿

      水泥砂漿是由水泥、砂和適量的水混合而成的,是建筑工程中不可缺少的材料。由于傳統(tǒng)的水泥砂漿存在抗水性和柔韌性不足的問(wèn)題,劉廣烽等[5]將苯丙乳液與硫鋁酸鹽水泥復(fù)合,制備了聚合物硫鋁酸鹽水泥,研究發(fā)現(xiàn):乳化劑摻量為3%、聚灰比為7.5%時(shí),水泥砂漿的抗?jié)B性最優(yōu)。王培銘等[6]研究了苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物乳膠粉(SAE乳膠粉)改性水泥砂漿的減水性、引氣性、保水性、力學(xué)強(qiáng)度等物理性能。研究表明:SAE乳膠粉具有一定的減水作用,在同一流動(dòng)度下,水泥砂漿用水量隨SAE乳膠粉摻量的增加而降低;SAE乳膠粉的摻入可在新拌水泥砂漿中引入9.8%~13.0%的含氣量;水泥砂漿在新拌階段以及硬化階段的保水能力隨著SAE乳膠粉的摻入可顯著改善;SAE乳膠粉明顯提高了水泥砂漿的抗折和黏結(jié)抗拉強(qiáng)度,降低了其抗壓強(qiáng)度,從而改善了其柔韌性并提高了水泥砂漿-混凝土以及砂漿-EPS(發(fā)泡聚苯乙烯)板的界面區(qū)黏結(jié)抗拉強(qiáng)度。

      王毓發(fā)等[7]研究了不同摻量苯丙乳液和聚乙烯醇(PVA)纖維單摻和復(fù)摻情況下對(duì)水泥砂漿各齡期力學(xué)性能的影響,研究發(fā)現(xiàn):加入苯丙乳液后水泥砂漿的抗折強(qiáng)度提高,其最佳摻量為12%;加入PVA纖維后,砂漿的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度均提高,且最佳摻量為1.6 kg/m3。苯丙乳液與PVA纖維復(fù)合摻加的效果優(yōu)于各自單獨(dú)摻加的效果,最佳摻量為1.6 kg/m3PVA+12%苯丙乳液。但過(guò)量的苯丙乳液和PVA纖維會(huì)增加砂漿的孔隙率,降低砂漿的強(qiáng)度。

      3 油墨

      3.1 墨粉

      墨粉是激光打印機(jī)、靜電復(fù)印機(jī)等辦公設(shè)備耗材。其制備方法主要有物理熔融法和化學(xué)聚合法,相比于傳統(tǒng)的物理熔融法,化學(xué)聚合法在墨粉性能控制上更具優(yōu)勢(shì)[8]。韓福堂等[9]采用核殼乳液聚合的方法,以苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸為共聚單體,原位制備了聚合墨粉用含蠟苯丙復(fù)合乳液。研究發(fā)現(xiàn):巴西棕櫚蠟的加入對(duì)聚合穩(wěn)定性影響不大;隨著其用量的增加,乳液粒徑、Zeta電位、聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)降低,而相對(duì)分子質(zhì)量增大。當(dāng)其用量為3%時(shí),聚合物具有較適宜的Tg和相對(duì)分子質(zhì)量。

      3.2 水性油墨

      水性油墨是21世紀(jì)的新型綠色印刷材料,具有兩個(gè)顯著特點(diǎn):黏度低,流動(dòng)性好;不使用有機(jī)溶劑,有利于環(huán)境保護(hù)[10]。王楊勇等[11]采用預(yù)乳化半連續(xù)乳液聚合方法,探討了乳化劑體系、引發(fā)劑、功能單體、相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑對(duì)乳液和膠膜性能的影響,對(duì)聚合工藝進(jìn)行了分析與優(yōu)化;然后通過(guò)自制樹(shù)脂乳液配制了水性油墨,并對(duì)樹(shù)脂、水、助劑含量及印刷工藝對(duì)油墨光澤度的影響進(jìn)行了初步考察。結(jié)果表明:在配制水性油墨過(guò)程中,乳液用量的增加有助于提高油墨的光澤度,而水用量的增加反而降低了光澤度;當(dāng)加入6.0%無(wú)水乙醇、3.0%D-806型蠟乳液、1.0%Glide482型流平劑時(shí),水性油墨的光澤度達(dá)到最佳。李牧等[12]設(shè)計(jì)并合成了室溫自交聯(lián)核殼結(jié)構(gòu)的苯丙乳液,系統(tǒng)地研究了雙丙酮丙烯酰胺/己二酰肼交聯(lián)體系核殼乳液的性能及其影響因素,乳化劑類(lèi)型和用量、共聚單體的類(lèi)型和用量對(duì)乳液性能的影響,以及軟核硬殼結(jié)構(gòu)乳膠粒子的核殼比對(duì)其膠膜性能的影響。最終通過(guò)系統(tǒng)地優(yōu)化乳液聚合的配方與工藝,制備出具有優(yōu)良成膜性能和應(yīng)用性能的丙烯酸樹(shù)脂乳液。然后以該乳液作為連接料,通過(guò)配方研究和優(yōu)化,制備的水性油墨在多種塑料薄膜基材上均具有出色的附著力、耐水性、干燥速度、復(fù)溶性等性能,可滿足相關(guān)企業(yè)的實(shí)際使用要求。

      4 建筑外墻涂料

      外墻涂料是用于涂刷建筑外立墻面的,需要具有較好的耐水性和耐候性。國(guó)內(nèi)學(xué)者在這方面做了大量研究。

      4.1 建筑玻璃涂料

      現(xiàn)代建筑的外墻經(jīng)常用到大面積的玻璃,杜威等[13]為提高建筑玻璃的隔熱效果,將半連續(xù)滴加法合成的苯丙乳液與納米氧化錫銻(ATO)復(fù)合,制備了苯丙乳液/納米ATO隔熱涂料,研究了乳化劑和丙烯酸用量對(duì)涂膜附著力和吸水率的影響,測(cè)定了涂膜的透光率和隔熱效果。結(jié)果表明,乳化劑用量為1.5%,丙烯酸用量從1.5%增加到2.4%時(shí),附著力由2級(jí)提高到1級(jí),吸水率由11.4%升高到12.7%。納米ATO用量為7.0%時(shí),對(duì)近紅外光的屏蔽率達(dá)66.3%,可見(jiàn)光透過(guò)率為70.5%,隔熱效果明顯。

      4.2 有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合外墻涂料

      吳銀萍[14]采用硅酸鉀與苯丙乳液制備有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合外墻涂料,主要解決硅酸鉀成膜后耐水性差、常溫硬而脆、低溫易龜裂、漆膜手感差的缺陷。當(dāng)硅酸鉀用量為20%、苯丙乳液為用量10%、鈦白粉用量為16%、重鈣用量為13%、滑石粉用量為6%、穩(wěn)定劑用量為1.1%時(shí),可制備出耐水性好、不開(kāi)裂、儲(chǔ)存穩(wěn)定性?xún)?yōu)異的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合外墻涂料。

      汪徐春等[15]用石英砂尾礦取代部分二氧化鈦添加到苯丙乳液涂料中,期望提高涂料的耐堿性、耐候性等綜合性能和應(yīng)用價(jià)值,從而提高石英砂尾礦的附加值和資源利用率,減少環(huán)境污染,降低涂料的成本,拓展涂料的種類(lèi)及用途。研究結(jié)果表明:當(dāng)石英砂尾礦取代50%~70%二氧化鈦用量時(shí),涂料的耐堿性、耐洗刷性、耐候性等性能相對(duì)較好;涂料的白度隨著尾礦的添加而減小,適于作外墻涂料。

      5 涂料印花黏合劑

      乳液型聚丙烯酸酯類(lèi)黏合劑是目前研究最多、應(yīng)用最普遍的一類(lèi)黏合劑,傳統(tǒng)的苯丙乳液作為涂料印花黏合劑普遍存在拉伸強(qiáng)度不足、附著力不夠、手感差等缺點(diǎn),因此改性苯丙乳液的應(yīng)用更廣[16]。楊少艷等[17]以苯乙烯為硬單體、丙烯酸丁酯和丙烯酸異辛酯為軟單體,采用無(wú)皂乳液聚合方法制得無(wú)皂苯丙乳液。結(jié)果表明,反應(yīng)型乳化劑和引發(fā)劑的用量均為0.8%、T-31交聯(lián)單體用量為1.9%時(shí)制備的乳液性能較好,且焙烘溫度較低,節(jié)能環(huán)保。李輝等[18]以過(guò)硫酸鈉為引發(fā)劑,苯乙烯和丙烯酸丁酯為核單體,甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸異辛酯、苯乙烯、丙烯酸為殼單體,采用種子乳液聚合法,制備了硬殼軟核型苯丙乳液,并對(duì)其進(jìn)行有機(jī)硅改性。當(dāng)核/殼單體質(zhì)量比為6∶4,丙烯酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%,乙烯基硅油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~15%時(shí),乳液的理化性能較好,耐熱性?xún)?yōu)于核/殼苯丙乳液,將其用于涂料印花,改善了堵網(wǎng)性,印花織物的干、濕摩擦牢度,皂洗牢度,手感及表觀得色量,可達(dá)到工業(yè)黏合劑的水平。

      6 結(jié)語(yǔ)

      隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,研究人員對(duì)苯丙乳液不斷進(jìn)行改性,解決了其部分缺點(diǎn),使其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。但國(guó)內(nèi)對(duì)于苯丙乳液性能的研究較多,而對(duì)其微觀粒子設(shè)計(jì)的研究較少。探究苯丙乳液微觀粒子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,對(duì)性能更優(yōu)、更環(huán)保的新型苯丙乳液的研發(fā)設(shè)計(jì)有重要的指導(dǎo)作用。希望在不久的將來(lái),苯丙乳液能夠應(yīng)用于航天、能源、醫(yī)療等高新技術(shù)領(lǐng)域。

      [1]鄭冬青,張金萍,何子晨,等.古代紙質(zhì)文物修復(fù)用紙的研究[J].中國(guó)造紙,2013,32(7):71-73.

      [2]喬來(lái)聰,曹晉,芮書(shū)靜,等.SAE苯丙乳液在紙質(zhì)文物中的應(yīng)用探索及抗老化性能的研究[J].紙和造紙,2015,34 (10):40-43.

      [3]劉毅,陳均志,王瑾,等.汽車(chē)濾紙浸漬樹(shù)脂研究進(jìn)展[J].熱固性樹(shù)脂,2008,23(6):49-52.

      [4]呂曉慧,王金輝,丁璇,等.環(huán)氧樹(shù)脂改性苯丙乳液及其對(duì)汽車(chē)濾紙性能的影響[J].中國(guó)造紙,2014,33(5):29-34.

      [5]劉廣烽,孫璐,張?jiān)骑w,等.苯丙乳液改性硫鋁酸鹽水泥的抗?jié)B性能研究[J].工業(yè)建筑,2011,41(S1):706-709.

      [6]王培銘,劉恩貴.苯丙共聚乳膠粉水泥砂漿的性能研究[J].建筑材料學(xué)報(bào),2009,12(3):253-258,265.

      [7]王毓發(fā),崔鑫,王龍志,等.苯丙乳液與PVA纖維對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能的影響及增強(qiáng)機(jī)理研究[J].材料導(dǎo)報(bào), 2013,27(22):307-310.

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      [15]汪徐春,宋常春,劉青林,等.石英砂尾礦添加到苯丙乳液涂料中的性能研究[J].硅酸鹽通報(bào),2014,33(5):1225-1230.

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