一、实验原理

1．主要性能和用途

聚丙烯酸酯乳胶涂料（polyacrylate latex paint）为黏稠液体。其耐候性、保色性、耐水性、耐碱性等性能均比聚醋酸乙烯乳胶涂料好。聚丙烯酸酯乳胶涂料是主要的外墙用乳胶涂料。由于聚丙烯酸酯乳胶涂料有许多优点，所以近年来品种和产量增长很快。

2．合成乳液配制及涂料的原理

（1)聚丙烯酸酯乳液

聚丙烯酸酯乳液通常是指丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯，有时也有用少量的丙烯酸或甲基丙烯酸等共聚的乳液。丙烯酸酯乳液比醋酸乙烯酯乳液有许多优点：对颜料的粘接能力强，耐水性、耐碱性、耐光性、耐候性均比较好，施工性能优良。在新的水泥或石灰表面上用聚丙烯酸酯乳胶涂料比用聚醋酸乙烯乳胶涂料好得多。因丙烯酸酯乳胶的涂膜遇碱皂化后生成的钙盐不溶于水，能保持涂膜的完整性。而醋酸乙烯乳液皂化后的产物是聚乙烯醇，是水溶性的，其局部水解的产物是高乙酰基聚乙烯醇，水溶性更大。

各种不同的丙烯酸酯单体都能共聚，也可以和其他单体（如苯乙烯和醋酸乙烯等）共聚。乳液聚合一般和前述醋酸乙烯乳液相仿，引发剂常用的也是过硫酸盐。如用氧化还原法（如过硫酸盐-重亚硫酸钠等），单体可分3-4次分批加入。

表面活性剂也和聚醋酸乙烯相仿，可以用非离子型或阴离子型的乳化剂。操作也可采取逐步加入单体的方法，主要是为了使聚合时产生的大量热能很好地扩散，使反应均匀进行。在共聚乳液中也必须用缓慢均匀地加入混合单体的方法，以保证共聚物的均匀。、

常用的乳液单体配比可以是丙烯酸乙酯质量分数65%、甲基丙烯酸甲酯质量分数33%,甲基丙烯酸质量分数2%，或者是丙烯酸丁酯质量分数55%、苯乙烯质量分数43%、甲基丙烯酸质量分数2%。甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯都是硬单体，用苯乙烯可降低成本；丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯两者都是软性单体，但丙烯酸丁酯要比丙烯酸乙酯软些，其用量也可以比丙烯酸乙酯用量少些。

在共聚乳液中，加入少量丙烯酸或甲基丙烯酸，对乳液的冻融稳定性有帮助。此外，在生产乳胶涂料时加氨或碱液中和也起增稠作用。但在和醋酸乙烯共聚时，如制备丙烯酸丁酯质量分数49%,醋酸乙烯质量分数49%、丙烯酸质量分数2％的碱增稠的乳液时，单体应分两个阶段加入，在第一阶段加入丙烯酸和丙烯酸丁酯，在第二阶段加入丙烯酸丁酯和醋酸乙烯，因为醋酸乙烯和丙烯酸共聚时有可能在反应中有酯交换发生，产生丙烯酸乙烯，它能起交联作用而使乳液的黏度不稳定。

(2)聚丙烯酸酯乳胶涂料

聚丙烯酸酯乳胶涂料的配制和聚醋酸乙烯酯乳胶涂料一样，除了颜料以外要加入分散剂、增稠剂、消泡剂、防霉剂、防冻剂等助剂，所用品种也基本上和聚醋酸乙烯酯乳胶涂料一样。

聚丙烯酸酯乳胶涂料由于耐候性、保色性、耐水耐碱性都比聚醋酸乙烯酯乳胶涂料要好些，因此主要用作制造外用乳胶涂料。在外用时钛白就需选用金红石型，着色颜料也需选用氧化铁等耐光性较好的品种。

分散剂都用六偏磷酸钠和三聚磷酸盐等，也有介绍用羧基分散剂如二异丁烯顺丁烯二酸酐共聚物的钠盐。增稠剂除聚合时加入少量丙烯酸、甲基丙烯酸与碱中和后起一定增稠作用外，还加入羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素等作为增稠剂。消泡剂、防冻剂、防锈剂、防霉剂和聚醋酸乙烯酯乳胶涂料一样，但作为外用乳胶涂料，防霉剂的量要适当多一些。

二、主要仪器和药品

四口烧瓶（250 ml)、球形冷凝管、温度计（0一100℃ )、电动搅拌器、滴液漏斗（60ml)、电热套、烧杯（250 ml,800 ml)、水浴锅、点滴板。

丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、过硫酸铵、非离子表面活性剂、丙烯酸乙酯、亚硫酸氢钠、苯乙烯、丙烯酸、十二烷基硫酸钠、金红石型钛白粉、碳酸钙、云母粉、二异丁烯顺丁烯二酸酐共聚物、烷基苯聚磺酸钠、环氧乙烷、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、消泡剂、防霉剂、乙二醇、松油醇、丙烯酸酯共聚乳液（质量分数50%)、碱溶丙烯酸共聚乳液（质量分数45%),氨水、颜料。

三、实验内容

1.聚丙烯酸酯乳液合成

下面介绍两个不同配方乳液的合成工艺。

例1纯丙烯酸酯乳液

名称                                  质量分数／％                       名称                质量分数／％

丙烯酸丁酯                             33                                 水                      63

甲基丙烯酸甲酯                       17                          烷基苯聚醚磺酸钠         1.5

甲基丙烯酸                             1                                过硫酸铵                0.2

操作：乳化剂在水中溶解后加热升温到60℃，加入过硫酸铵和质量分数10％的单体，升温至70℃，如果没有显著的放热反应，逐步升温直至放热反应开始，待温度升至80一82℃，将余下的混合单体缓慢而均匀加入，约2h加完，控制回流温度，单体加完后，在30 min内将温度升至97℃，保持30 min，冷却，用氨水调pH值为8一9。

例2苯丙乳液

名称                                    质量分数／％                              名称                    质量分数／％

苯乙烯                                   25                                      过硫酸铵                     0.2

丙烯酸丁酯                             25                                 十二烷基硫酸钠                 0.25

丙烯酸                                   1                                  烷基酚聚氧乙烯醚                1.0

水                                         50

操作：用烧杯将表面活性剂溶解在水中加入单体，在强力的搅拌下，使之乳化成均匀的乳化液，取1/6乳化液放入三口烧瓶中，加入引发剂的1/2，慢慢升温至放热反应开始，将温度控制在70一75℃之间，慢慢连续地加入乳化液，并补加部分引发剂控制热量平衡，使温度和回流速度保持稳定，反应2h后升温为95一97℃，恒温30 min，或抽真空除去未反应的单体，冷却，用氨水调pH值为8一9。

例3用甲基丙烯酸甲酯为硬性单体，用丙烯酸丁酯为塑性单体，例2用苯乙烯硬性单体代替甲基丙烯酸甲酯，价格可便宜很多，基本上也能达到外用乳胶漆的要求。也可以采用其他不同的单体，调整其配比来达到相近的质量要求。

操作工艺也不同。例2的工艺用连续加单体方法将单体和乳化剂水溶液先乳化，再通过连续加乳化液的方法进行乳液聚合，这样乳液的颗粒度比较均匀，但增加一道先乳化的工序。

2.聚丙烯酸酯乳胶涂料的配方和配制

表8.3给出了几个聚丙烯酸酯乳胶涂料的典型配方。

配方的原则与前述聚醋酸乙烯酯乳胶涂料相同，钛白的用量视对遮盖力高低的要求来变动，内用的考虑白度遮盖力多些，颜料含量高些；外用的要考虑耐候性，乳液的用量相对要大些。在木材表面，要考虑木材木纹温湿度不同时胀缩很厉害，因此颜料含量要低些，多用些乳液。

聚丙烯酸酯乳胶涂料的配制与聚醋酸乙烯乳胶涂料配制方法相同，此不赘述。

四、注意事项

①乳液配制时要严格控制温度和反应时间。

②加入单体时要缓慢滴加，否则要产生暴聚而使合成失败。

③乳液的pH值一定要控制好，否则乳液不稳定。

④涂料的配方与聚醋酸乙烯酯乳胶涂料相仿。所不同的是碱溶丙烯酸酯共聚乳液必须用少量水冲淡后加氨水调pH值为8一9，才能溶于水中。可在磨颜料浆时作为分散剂一起加入。