用于纖維水泥板的丙烯酸乳液的研制

成煬霈，張彩媚，林日平（佛山市順德區(qū)巴德富實業(yè)有限公司，廣東順德 528322）

0 引言

由于對施工的便捷性與環(huán)保性的要求越來越高，傳統(tǒng)的建筑涂料正面臨著極大的沖擊，纖維水泥板正是在此形勢下誕生的新型建筑涂裝材料［1］。傳統(tǒng)建筑涂料的施工流程主要分為基層處理、膩子、拋光、第2道膩子、拋光、底漆、中間層、面漆，工藝流程復(fù)雜且繁瑣，而且還需要考慮施工環(huán)境及天氣的影響［2］。對纖維水泥板而言，由于在車間制造過程中，通過不同的模具可以在板材的表面壓制出不同的紋理，然后直接在板材表面涂刷一層底面合一的普通涂層或是藝術(shù)涂層，就可以滿足不同消費者的需求，做完一道膩子后，可以將做好的纖維水泥板直接黏貼在墻面上，施工時不需要考慮周圍環(huán)境及天氣的影響［3］。

目前，第一代纖維水泥板是在板材成型后，在其表面噴涂一層非常薄的聚硅氧烷，從而達到板材的防水效果，但是聚硅氧烷有一個缺點，就是在涂了聚硅氧烷的板材表面，涂料的附著力會非常差。因此在很大程度上限制了消費者的選擇。

本研究通過控制乳液的相對分子質(zhì)量，結(jié)合板材的制造工藝，采用相分離技術(shù)制備了用于纖維水泥板的丙烯酸乳液。

1 試驗部分

1.1 原材料

苯乙烯（St），丙烯酸異辛酯（2-EHA），丙烯酸（AA），甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯（AAEM），叔十二硫醇（TDM），過硫酸銨（APS），緩沖劑碳酸氫鈉，叔丁基過氧化氫（TBHP），還原劑維生素C（Vc），陰離子乳化劑十二烷基硫酸鈉，上述原材料均為市售工業(yè)品；去離子水，自制。

1.2 儀器設(shè)備

攪拌機，上海新浦電器；電子天平，天津德安特傳感技術(shù)有限公司；水浴鍋，北京科學(xué)電器；自動溫控儀，東莞市莞城金裕儀器經(jīng)營部；可調(diào)蠕動泵，保定蘭格恒流泵有限公司；500 mL四口燒瓶、冷凝管、溫度計、玻璃燒杯，四川蜀玻集團有限責(zé)任公司；反射率儀，廣州標(biāo)格達實驗室儀器有限公司。

1.3 乳液的制備

1.3.1 參考配方

乳液制備的參考配方見表1。

表1 參考配方＊Table 1 The reference formulation

1.3.2 預(yù)乳化液的制備

在預(yù)乳化缸中稱取配方量的陰離子乳化劑，然后稱取配方量的去離子水，攪拌至陰離子乳化劑完全溶解后，依次將配方量的苯乙烯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸倒入預(yù)乳化缸中進行分散攪拌，攪拌30 min后，停止攪拌，從預(yù)乳化缸中取出50%的預(yù)乳化液置于燒杯中，為預(yù)乳化液a。將剩余的預(yù)乳化液繼續(xù)進行攪拌，然后依次加入配方量的叔十二硫醇、甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯，再繼續(xù)攪拌30 min，得到預(yù)乳化液b。

1.3.3 乳液的制備

將反應(yīng)釜內(nèi)溫度控制在87~89 ℃，一次性投入配方量的釜底引發(fā)劑，將預(yù)乳化液a與滴加引發(fā)劑同時滴加入反應(yīng)釜中，滴加時間90 min，滴加過程中，反應(yīng)釜內(nèi)溫度保持在87~89 ℃；滴加結(jié)束后保溫30 min；然后同時滴加預(yù)乳化液b與剩余的滴加引發(fā)劑，同樣保持釜內(nèi)溫度為87~89 ℃，滴加時間90 min；滴加結(jié)束后保溫40 min；隨后降溫至70~75 ℃進行后處理，同時滴加氧化劑與還原劑，滴加時間30 min，滴加過程中溫度保持在70~75 ℃；滴加結(jié)束后，保溫30 min；降溫至50 ℃以下，過濾、出料。

1.4 纖維水泥板的制備

1.4.1 傳統(tǒng)纖維水泥板的制備流程

將水泥、石英砂、纖維素纖維、礦物添加劑、水等原料放入攪拌機中進行攪拌（混合物的固體分占總量的30%~40%），低速攪拌均勻后，將上述混合物倒入鋪有100 μm濾布的過濾池中進行一次過濾，然后將上述濾液倒入鋪有100 μm濾布的濾池中進行二次過濾，過濾所得的水可以進行二次循環(huán)利用，將第一次過濾所得的固體部分置于成型機中擠壓成型，然后將已成型的板材依次進行切割、堆積、固化、分離、自動加壓等工藝，成型后在板材表面噴涂一層非常薄的聚硅氧烷，最后對板材進行上漆涂覆。

1.4.2 乳液改性纖維水泥板的制備

在上述傳統(tǒng)纖維水泥板的制板流程基礎(chǔ)上，在原材料預(yù)混階段將一定量的丙烯酸乳液加入混合物中，同時省去在板材表面噴涂聚硅氧烷的步驟。

1.5 性能檢測

1.5.1 乳液的關(guān)鍵性能指標(biāo)

丙烯酸乳液必須對水泥具有非常好的包裹能力，且乳膠粒必須在水被過濾時，能夠很好地相互分離。所以需要檢測的關(guān)鍵性能指標(biāo)是水泥混合液用100 μm的濾布過濾時，丙烯酸乳液是否會隨水的過濾而流出，濾液是否呈現(xiàn)出澄清透明的狀態(tài)。

過濾性指標(biāo)能夠直觀地反應(yīng)出制板過程中乳液的利用率。如果濾液為白色液體，則說明乳液中的聚合物不能較好地與水泥、石英砂等原料結(jié)合。反之，如果濾液澄清透明，則說明乳液中的聚合物能夠較好地與水泥、石英砂等原材料相結(jié)合。

其他相關(guān)指標(biāo)則要求在制板過程中乳液不發(fā)生破乳現(xiàn)象即可。

1.5.2 纖維水泥板的關(guān)鍵性能指標(biāo)

根據(jù)板材制作商的要求，在上述工藝下，只需對成型后的板材進行吸水率測試，將板材置于水中24 h，吸水率≤2%即可。

2 結(jié)果與討論

2.1 甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯對混合物體系過濾性的影響

考察了甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯（AAEM）在乳液中的不同添加量對于混合物體系過濾性的影響，結(jié)果見表2。由表2可知，當(dāng)AAEM的用量在1.6%（占單體總量）時，混合物通過100 μm濾布所過濾出的濾液呈現(xiàn)澄清透明狀態(tài)。原因在于，混合物體系中主要是以水泥為主，而AAEM作為一種高效螯合劑，很容易與水泥中的各種離子進行相互螯合反應(yīng)［4］，當(dāng)AAEM達到一定用量時，能夠迫使丙烯酸乳液牢牢地包裹住水泥粒子，乳膠粒就不會在過濾時隨水發(fā)生遷移。

表2 AAEM用量對混合物體系過濾性的影響Table 2 The effect of AAEM amount on filtration of mixture system

2.2 叔十二硫醇對混合物體系過濾性的影響

考察了叔十二硫醇（TDM）的添加量對體系過濾性的影響，結(jié)果見表3。由表3可見，當(dāng)TDM在丙烯酸乳液中的用量超過0.4%（占單體總量）時，混合物通過100 μm濾布的濾液為澄清透明狀態(tài)。最終板材的吸水率則隨著TDM用量的增加而逐漸增大。

原因在于，隨著TDM用量的增加，聚合物的相對分子質(zhì)量逐漸降低，相對于較大相對分子質(zhì)量的聚合物而言，較小相對分子質(zhì)量的聚合物更容易被水泥粒子吸附而在過濾時與水發(fā)生相分離現(xiàn)象［5］，因此隨著體系中TDM用量的增加，濾液趨于清澈透明的平衡狀態(tài)，但體系中聚合物的相對分子質(zhì)量過小，會對最終板材的吸水率造成很大的影響。綜上所述，TDM的用量以0.4%為宜。

2.3 釜底乳化劑用量對混合物體系過濾性的影響

通過對釜底乳化劑用量的調(diào)節(jié)，控制最終乳液的粒徑，考察釜底乳化劑用量對混合物體系過濾性的影響，結(jié)果見表4。由表4可知，釜底乳化劑用量與混合物體系的過濾性沒有太大的關(guān)系，但是隨著釜底乳化劑用量的增加，乳液對于水泥體系逐漸趨向于不穩(wěn)定。這是由于隨著釜底乳化劑用量的增加，乳液的粒徑不斷降低，此時乳液的穩(wěn)定性也逐漸降低，因此在后階段板材成型的過程中，粒徑小的乳液均出現(xiàn)破乳現(xiàn)象［6］。當(dāng)釜底乳化劑用量為0時，乳液粒徑最大，為300 nm，此時乳液相對于水泥的穩(wěn)定性最佳。

2.4 聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對混合物體系過濾性的影響

在上述討論的基礎(chǔ)上，我們對聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）進行進一步的探究，考察了聚合物的Tg對混合物體系過濾性的影響。不同組成下聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度見表5。

表5 不同組成下聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Table 5 The Tg of polymer under different composition

聚合物Tg對混合物體系過濾性的影響見表6。

表6 聚合物Tg對混合物體系過濾性的影響Table 6 Effect of polymer Tg on filtration of mixture system

由表6可知，當(dāng)聚合物Tg>5 ℃時，混合物體系的過濾性無明顯差異，濾液均為清澈透明狀。且隨著聚合物Tg的增加，最終板材的24 h吸水率也隨之增加。

這是由于板材為環(huán)?；w系，在板材制作過程中，并未添加能夠促使乳液成膜的成膜助劑或其他溶劑，隨著聚合物Tg的增加，乳液的成膜性逐漸變差，因此成品板材的24 h吸水率呈現(xiàn)出上升的趨勢。綜合考慮，聚合物的Tg以5 ℃為宜。

3 結(jié)語

（1） 試驗表明，當(dāng)甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯的用量為1.6%（占單體總量），叔十二硫醇的用量為0.4%（占單體總量）時，水泥混合物體系經(jīng)過100 μm濾布過濾出的水為清澈透明狀態(tài)，且此時最終板材的吸水率也最低。

（2） 乳膠粒的粒徑對混合物體系的穩(wěn)定性有較大的影響，當(dāng)釜底不添加陰離子乳化劑時，乳膠粒粒徑最大，為300 nm，此時乳液相對于水泥的穩(wěn)定性最佳。

（3） 根據(jù)乳液的成膜致密性，結(jié)合上述所有因素的影響，由試驗測得，當(dāng)聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為5 ℃時，最終板材的24 h吸水率適宜，且達到最初設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。