外交联型聚丙烯酸酯-苯乙烯防水涂料的合成研究

　　目前，以丙烯酸酯类单体通过乳液聚合的乳状涂料，具有成膜光亮、柔初、抗水性和粘合性强等优点，属低VOC的“绿色”涂料。但其成膜性能（如强度、硬度）还达不到现代建筑业的要求。本试验是在丙烯酸酯单体中引入苯乙烯合成外交联型丙烯酸酯一苯乙烯共聚乳液，提高了聚丙烯酸酯类涂料的强度和硬度，其各项性能指标均达到或超过聚丙烯酸酯乳液涂料Q/GHTB-099-91.且有较强的防水性能，特别适合潮湿环境。贮存稳定性可达一年，冲击强度达8.5KJ/m2，涂层的光泽度高达99%（45°）。其合成方法及设备均较简单，且安全可靠，无粉尘污染。性能测试方便，生产成本低，适合乡镇企业等小型化生产。

　　1原材料及试验方法1.1原材料合成单体：丙烯酸（化学纯）丙烯酸甲酯（化学纯）丙烯酸羟乙酯（化学纯）苯乙烯（工业品）乳化剂：0P?10（工业品）十二烷基硫酸钠（工业品）缓冲剂：碳酸钠（分析纯）引发剂：过硫酸钾（分析纯）终止剂：苯胺甲醛树脂（工业品半透明液体）1.2原料配比（见表1）1.3试验步骤按配方1将176.8克蒸馏水、0.52克十二烷基硫酸钠、2.08克OP-10和0.026克碳酸钠加入装有电动搅拌机、回流冷凝器、加料器且有温度计的反应器内，并将反应器置于水浴中。

　　表1涂料配方（克）遑水十二说基疯酸钠过提酸钾苯肢甲醛树脂丙烯酸丙嫌酸丙播酸甲0S羟乙酯苯乙《配方1配方2配方3配方4开动搅拌机升温到601C，加入过硫酸钾引发剂0.234克，继续升温至70t：后，开始滴加由丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯和苯乙烯混合单体共78克，并严格控制温度在70*11C范围内。连续滴加混合单体2小时后，再分别加入剩余的引发剂和乳化剂各二分之一。全部混合单体滴加完毕需3.5小时。*后加入剩余的引发剂、乳化剂和3克苯胺甲醛树脂（终止剂），再用氨水中和乳液，使PH=8-9，降温出料，即得乳液状涂料产品。

　　按照上述试验过程，选取表中的其余原料配方进行试验，将所得聚合物作性能分析。

　　1.4转化率测定采用重量法测定转化率，在聚合过程中，每隔30分钟用注射器抽取试样1-2克，放置于已称重的称量瓶中，然后加入1 2滴2%（质量百分比）的对苯二酚水溶液，将称量容器及样品在120±51C下干燥至恒重。

　　w2：干燥恒重后试样重，克；C：配方中不挥发组分的质量百分含M：配方中单体质量百分含量。

　　1.5粒径、粘度及搅拌速度的测定乳胶的粒径采用721分光光度计测定；用旋转式粘度计测定乳胶的粘度；搅拌速度用数字显示转速仪测定。

　　2试验结果与讨论2.1乳化剂用量和配比的确定L化剂的用量直接影响乳液的特性和成膜后的性能，其试验结果如、、及表2所示。中，反应条件701C，阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂比例为1：3（曲线1、2、3）；曲线4为1：1.2；乳化剂用量：曲-可以看到，随着乳化剂用量增加，乳液粒径变小，转化率提高，乳液粘度增大，这是增加乳化剂用量的优点，但也带来了不利的影响，如涂层耐水性下降，施工中的泡沫增多。从表2可以看出，随着乳化剂用量的增加，乳液聚合稳定性下降，是由于乳化剂用量的增加，使表面能增大，从而导致聚合稳定性下降。另一方面出于增大乳化剂用量，可提高聚合物的数均聚合度，使乳液的*低成膜温度提高，从而可能导致*低成膜温度大于其玻璃化温度，使聚合物稳定性下降。

　　乳化剂用量与乳液粒径的关系表2乳化剂用量对乳液聚合稳定性的影响序号乳化剂用量％乳液稳定性很好由上面的试验结果表明，单独使用阴离子型乳化剂，乳液聚合转化速度低，聚合物稳定性差。单独使用非离子型乳化剂，在70X：时，由于高于其浊点温度，根本不能进行乳液聚合。因此必须使阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂以适当的配比，才有利于乳液聚合的进行。但如果阴离子型乳化剂与非离子型乳化剂的比例大于1：1.5，则乳液聚合的转化速度降低，如中曲线4所示。

　　由于丙烯酸和丙烯酸羟乙酯在水相中的聚合几率很大，随着聚合过程的进行，分子量不断提高，尽管所生成的聚合物颗粒吸附它周围邻近的乳化剂分子，但所形成的乳胶粒子是很不稳定的，容易聚结或变形，试验结果表明，当这两种单体含量超过25-28%（质量分率，以下同）时，乳液聚合就会出现聚结或变形终止，因此，两种单体总含量以不超过25丙烯酸羟乙酯用量（％）丙烯酸羟乙酯与涂层硬度的关系由可知，丙烯酸羟乙酯含量高，其涂层的交联度大，涂层硬度必然提高。但若含量太高，其涂层硬度反而下降。因此，丙烯酸羟乙酯的用量应在10*15 %之间。

　　如果丙烯酸和丙烯酸羟乙酯的含量确定，则剩余的单体成分就是苯乙烯与丙烯酸甲酯，其比例在1：0.8-1：1.0较合适。

　　苯乙烯是一种硬单体，它不仅有利于增加涂层的硬度，也可以提高涂层的光泽，如、所示。

　　苯乙烯含量增加，涂层硬度和光泽随之提高，但苯乙稀含量增加太多，涂层老化性能也趋于恶化。

　　苯乙烯含置与涂层光泽的关系表3聚合度与转化率的关系反应温度cc）反应时间（min）转化率（％）2.4引发剂用量的影响引发剂过硫酸押用量与反应转化率的关系如表4所示。由表4可知，引发剂用量应在0.15-0.2%.引发剂用量过低，则转化率很低；若超过。

　　2%，对转化速率的影响不大。

　　表4过硫酸钾用置与转化率的关系（701C）过硫酸钾fi（%）反应时间（min）转化率（％）2.5搅拌速度的影响乳液聚合过程中，搅拌的作用是使单体以单体液滴的形式稳定地分散在反应液中，并促使液滴中的单体向乳液聚合的场所扩散。因此，搅拌速度不宜过快。试验测得搅拌速度与转化率的关系（701C）见表5.由表5可知，尽管三种情况下的搅拌速度不同，但其转化率是相近的。因此，从降低动力消耗的角度考虑，搅拌速度在350转/分钟左右为宜。

　　表5搅拌速度与转化率的关系（701C）苯乙嫌含量（％）苯乙烯含置与涂层硬度的关系2.3聚合温度的影响有关聚合温度与反应转化率的关系见表由表3可知，提高聚合温度，聚合反应速度也相应提高，同时，反应诱导期也随之缩短。但聚合温度为8（TC时，聚合过程不稳定且容易结块。因此，聚合温搅拌速度（转/min）反应时间（min）转化率（％）3结论通过上述讨论分析，本试验所得外交联型丙稀酸酯一苯乙烯共聚乳液防水涂料，其*佳合成条件是：安装机头（人工掘进顶管时，安装工具管）。

　　顶进。将检过的*A*管在钢套环一端管节的端部涂上851聚胺脂涂膜橡胶后安装木衬板。用行吊或吊车将管节平稳地吊装在井底导轨上，安装环形顶铁或U型顶铁，用千斤顶顶进2/3管节长度后，将*B*管节在安放遇水膨胀橡胶的位置一周涂上851聚胺脂涂膜橡胶，然后再安放遇水膨胀橡胶圈，平稳地吊装在井底导轨上，用千斤顶顶进插入到*A*管钢套环内，然后继续顶进2/3管节长度，依此类推，逐个顶进。

　　如果顶进间距过长可在管体*F*口处加注浆孔，通过注润滑浆可有效减少摩擦阻力，延长顶进管段，如间距更长，要考虑增加不等间距的中间接力器（中继间）可以实现。

　　防腐密封处理。待木衬板完全被压缩后，对管端进行防腐密封处理，剔除木衬垫板4-5cm，填抹密封材料（1：1膨胀水泥砂浆或3：7石棉水泥）。

　　每只管子在顶进和下管时，都要不断用经纬仪校准中线，管道连接完成后进行闭水（气）试验，保证管子一只只按预设的轨迹前进，并且达到密封效果。

　　采用柔性接口技术后各管节相互咬合，保证各管节按预定的线路前进，减少了摩擦阻力，并且对降7JC条件要求不高，在薄弱地质条件下仍能较好地控制高程和中线位移，克服平口管易发生的断节、下沉等缺陷，在雨雪天气也能施工，加快了施工周期，缩短了中断交通的时间，是一种适宜于市区排水管道施工的新技术。

　　乳化剂用量应控制在1.5-2.0%，配比为：阴离子型乳化剂/非离子型乳化剂=1：1.2.单体*佳配比为：丙烯酸和丙烯酸羟乙酯两单体含量不超过25-28%，其中丙烯酸羟乙酯用量应在10-15%（以上均为质量百分率）。苯乙烯与丙烯酸甲酯的比例在1.0：0.8-1.0：1.0.（质量百分率）。

　　搅拌速度控制在350转/分钟。

　　在以上条件下所合成的共聚乳液，其特性以及与氨基树脂交联的涂层性能见表6、7.由表可知，这种乳液状涂料已达到JB01 -4，5，6乳液涂料的性能，通过鉴定，其强度、硬度、防水性能均较好，成膜光泽度高，可适用于高档装饰行业。

　　4应用郑州市污水处理厂工程1998年开始兴建，进厂主干管为*2600-*3000大管径钢筋砼管，管线沿郑州市主干道郑汴路向东跨107国道，穿越七里河，工程全长8220m，平均埋深7.8~12m，大部分地段为现有道路、长期水浸的稻田和河渠。若采用开槽施工，开槽上口达11m以上，郑汴路路面将全部破坏，107国道断行，影响巨大。而且在降水、排管等施工上技术难度大。经科学论证，采用了无降水大刀盘削土土压平衡式掘进机中继接力顶进的方法进行施工。将F型钢承口管柔性接口技术用于该工程。与开槽施工相比，缩短了工期，节约工程投资1350万元，施工中郑汴路和107国道始终没有断行，取得了良好的社会效益。1999年，在航海路污水工程施工中，再次采用了柔性接口技术，人工掘进800-1300*F*型钢承口管，解决了因埋深11m而需大量占地和土方开挖的施工难题，节约费用400余万元。上述两项工程各项技术指标均达到了优良，被评为“省优”工程。

　　利用该技术，我们还成功地解决了郑州市东周水厂*1400-*1600干管穿越107国道和花园路污水工程*800支管过路、湖北省襄樊污水处理厂工程进厂主干管穿越水库大坝等施工难题。实践证明，此种结构管节及柔性接口技术同其它方式的管道施工相比，技术先进，质量可靠，可节约成本15%以上，且社会效益良好，有广阔的推广使用价值。

　　表6共聚乳液的特性项目固体分（质量分率）％PH值粘度（厘泊）粒径（埃）贮存稳定性个月良好表7涂层性能（与氨基树脂交联）硬度冲击强度光泽附着力witt项目

(完)