摘要：采用乳液插層聚合法合成苯乙烯－丙烯酸丁酯／蒙脫土 (MMT) 納米復(fù)合阻燃涂料，對(duì)涂膜的機(jī)械性能和阻燃性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：納米插層復(fù)合阻燃涂料不但能增加涂膜的機(jī)械性能，而且還能提高涂膜的阻燃性。
關(guān)鍵詞：阻燃涂料；改性蒙脫土；苯丙涂料；納米復(fù)合涂料
苯乙烯和丙烯酸酯共聚物乳液涂料又稱苯丙乳液涂料，是一種用苯乙烯改性的丙烯酸系共聚乳液涂料，由于在共聚物中引入苯乙烯鏈段，提高了涂膜的耐水性、耐堿性、硬度和抗污性。這種涂料可供水泥、沙漿、木材、混凝土底材的涂裝，在乳液涂料中占有很大的比例，是一種具有發(fā)展前途的乳液涂料 〔 1 〕 。但是它也存在耐寒、耐水、耐熱性較差的缺陷，限制了其使用范圍。將苯乙烯－丙烯酸丁酯共聚物插層到改性的蒙脫土片層間，不但能提高其力學(xué)性能，同時(shí)由于蒙脫土特殊的二維片層結(jié)構(gòu)賦予復(fù)合材料較好的熱力學(xué)穩(wěn)定性 〔 2 〕 。實(shí)驗(yàn)的目的就是將苯丙乳液涂料和有機(jī)改性蒙脫土復(fù)合，制備一種新型、環(huán)保、阻燃效率高的阻燃涂料。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 原材料和試劑
丙烯酸丁酯；天津市博迪化工有限公司；苯乙烯，天津市華真特種化學(xué)試劑廠；十二烷基磺酸鈉 上海亨達(dá)精細(xì)化學(xué)品有限公司； (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ，上海埃彼化學(xué)試劑公司；鈉基蒙脫土，浙江豐虹粘土有限公司 ,300 目 離子交換容量 (60 ～ 70)mmol/ 100g 。
1.2 有機(jī)蒙脫土的制備
稱取蒙脫土若干克在強(qiáng)烈攪拌下分散于水中形成 5% 的蒙脫土懸浮體，將十六烷基三甲基溴化銨在室溫下溶于水中，然后將此溶液在 80 ℃ 下加入蒙脫土水懸浮體中，強(qiáng)烈攪拌 2h 靜置過夜，除去上層溶液，抽濾，用大量去離子水洗至無 Br - ( 用 0.01mol/LAgNO 3 溶液檢驗(yàn) ) ，用真空烘箱烘干，然后碾碎，用 300 目篩子過篩，得到改性蒙脫土。
1.3 苯乙烯－丙烯酸丁酯／蒙脫土納米復(fù)合涂膜的制備
以一定比例的丙烯酸丁酯、苯乙烯、有機(jī)蒙脫土和蒸餾水以及少量十二烷基磺酸鈉，加入連接有攪拌器、冷凝管和氮?dú)獾乃目跓恐�，室溫下攪拌乳�?1h 。然后升溫到 80 ℃ ，慢慢滴加引發(fā)劑 (NH 4 ) 2 S 2 O 8 水溶液，反應(yīng) 1.5h 得到苯乙烯－丙烯酸丁酯（苯丙）／蒙脫土納米復(fù)合乳液。將乳液傾倒在 100mm × 100mm × 20mm 的鋁薄中，自然晾干成膜。
1.4 性能測(cè)試
使用 AL -700M 力學(xué)性能測(cè)試儀（臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司）按 HG4-875-84 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試澆鑄材料的拉伸性能，試樣為標(biāo)準(zhǔn)裁樣，拉伸速度 800mm · min -1 。每組試樣 5 個(gè)，測(cè)試取平均值。涂膜的其它性能在海洋化工研究院測(cè)試。
2 結(jié)果與討論
2.1 蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)涂膜力學(xué)性能的影響
苯丙／蒙脫土納米復(fù)合涂膜的力學(xué)性能得到改善，表現(xiàn)在拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的提高，含 2% 有機(jī)蒙脫土的苯丙／蒙脫土納米復(fù)合材料的扯斷強(qiáng)度較純苯丙增加了近 200 ％，含 1.5 ％有機(jī)蒙脫土的苯丙／蒙脫土納米復(fù)合材料的扯斷伸長率也增加了。這可能是因?yàn)槊擅撏疗瑢右约{米尺寸分散在聚合物基體中形成“納米效應(yīng)”，使得蒙脫土片層與苯丙之間的界面相相互作用增強(qiáng) 〔 3 〕 。此外經(jīng)過插層聚合后，苯丙聚合物的分子鏈的運(yùn)動(dòng)受到蒙脫土片層的限制，使原本相對(duì)自由的分子鏈固定在蒙脫土片層間，在聚合物基體中起交聯(lián)點(diǎn)的作用，從而提高力學(xué)性能。蒙脫土特殊的二維片層結(jié)構(gòu)，也能在復(fù)合材料的片層縱向起增韌作用，見圖 1 。
圖1不同蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)力學(xué)性能的影響
試驗(yàn)中的乳液阻燃涂料是水基涂料的一種，具有以下特點(diǎn)： (1 ）以水為溶劑、稀釋劑，不但降低涂料成本，而且無污染，對(duì)自然環(huán)境沒有危害，符合環(huán)保規(guī)定； (2 ）由于采用了苯乙烯為單體涂膜硬度高、耐水、耐久性好； (3) 涂膜聚合物采用苯丙／蒙脫土納米復(fù)合材料不但降低了涂膜的重量和厚度，而且賦予涂膜較好的阻燃性能，見表 1 。
2.3 苯丙／蒙脫土納米復(fù)合阻燃涂料與飾面阻燃涂料國標(biāo)的比較 ( 見表 2)
從圖 1 可以看出：當(dāng)有機(jī)蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2 ％時(shí)，扯斷強(qiáng)度最好。有機(jī)蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.5 ％時(shí)，扯斷伸長率最大。在乳液聚合過程中，隨著有機(jī)蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，體系的粘度增加，所得乳液的穩(wěn)定性（儲(chǔ)存穩(wěn)定性）降低。導(dǎo)致其力學(xué)性能降低的原因可能是由于有機(jī)蒙脫土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。蒙脫土只是機(jī)械地分散在乳液中，交聯(lián)點(diǎn)增加的趨勢(shì)減小，同時(shí)蒙脫土的增加會(huì)增加其周圍低聚物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和蒙脫土周圍的自由體積，破壞了乳膠粒之間的靜電吸引，從而使得力學(xué)性能降低。
2.2 苯丙／蒙脫土納米復(fù)合阻燃涂料的基本性能 ( 見表 1)
表 1 苯丙／蒙脫土納米復(fù)合阻燃涂料的基本性能
表 2 苯丙／蒙脫土納米復(fù)合阻燃涂料與飾面阻燃涂料國標(biāo)的比較
從表 2 可以看出苯丙／蒙脫土納米復(fù)合阻燃涂料基本達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，耐燃時(shí)間和火焰?zhèn)鞑ブ稻哂趪覙?biāo)準(zhǔn)，但是在涂膜中沒有考慮顏料等其它因素對(duì)涂膜性能的影響，因此對(duì)阻火性炭化體積和失重的測(cè)試有一定的偏差。
3 結(jié) 語
利用乳液插層聚合法合成的苯乙烯－丙烯酸丁酯／蒙脫土 (MMT) 納米復(fù)合阻燃涂料，不但能提高涂膜的機(jī)械性能，而且對(duì)涂膜外觀、粘度等不會(huì)造成影響。通過與國家阻燃清漆標(biāo)準(zhǔn)的比較，該涂料能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。因此采用乳液插層聚合法合成的苯乙烯－丙烯酸丁酯／蒙脫土 (MMT) 納米復(fù)合阻燃涂料，是一種很有前途的改性阻燃涂料。
