0 　引　言

近年來(lái) , 性能高、體積小、質(zhì)量輕的空調(diào)器已經(jīng)成為空調(diào)行業(yè)的發(fā)展方向 , 減小空調(diào)器換熱器翅片的間距 , 是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效手段。當(dāng)今國(guó)際上小型化空調(diào)的翅片間距普遍小于 2 mm 。但實(shí)驗(yàn)表明 , 當(dāng)翅片間距小于 2 mm 時(shí) , 換熱器上析出的水珠在相鄰的翅片間“搭橋”現(xiàn)象就會(huì)比較嚴(yán)重 , 從而影響空調(diào)性能 [ 1 - 2 ] 。因此 , 保證換熱器翅片間距小于 2 mm 而不產(chǎn)生“水橋”的關(guān)鍵技術(shù)———“親水涂料制備與工業(yè)涂覆技術(shù)” , 就成了空調(diào)器生產(chǎn)的關(guān)鍵。親水鋁箔是空調(diào)器中換熱翅片的主要原料 , 與普通素箔相比具有下述優(yōu)點(diǎn) : (1) 具有較強(qiáng)的耐腐蝕特性、防霉菌、無(wú)異味的功能 ; (2) 換熱片表面析出的冷凝水均勻地分布在表面上 , 不會(huì)形成水珠 , 不會(huì)因?yàn)樗�珠形成后造成換熱片間的聚集堵塞 , 影響熱交換效率 ; ( 3) 由于無(wú)“水橋” , 相應(yīng)地減少了由于“風(fēng)阻”所引起的震動(dòng)造成的噪音 ; ( 4) 可防止空調(diào)器翅片氧化粉末吹入室內(nèi)對(duì)人體產(chǎn)生不利影響 , 符合健康、環(huán)保要求 ; (5) 具有一定的自潤(rùn)滑性 , 加工性能好且美觀大方。親水涂料主要應(yīng)用于空調(diào)器散熱器翅片 ( 鋁箔 ) , 它主要起兩方面的作用 : 一是防腐 , 防止鋁翅片長(zhǎng)期在潮濕環(huán)境下工作時(shí)發(fā)生腐蝕 , 形成三氧化二鋁 , 進(jìn)而在其上滋生細(xì)菌 , 產(chǎn)生異味、傳播病菌 ; 二是提高散熱效率 , 由于該涂料的親水特性可以有效地防止翅片間“水橋”的形成 , 減少空調(diào)風(fēng)阻 , 降低功耗 , 節(jié)省能源 , 縮短空調(diào)除霜時(shí)間 , 延長(zhǎng)有效工作壽命 , 使得散熱器的整體散熱效率大大提高 , 可以使用戶減少能源消耗 [ 3 - 6 ] 。防腐與節(jié)能這兩個(gè)功能集中體現(xiàn)在涂料上就形成了一對(duì)矛盾 , 前者要耐水、耐腐蝕 , 后者又要親水。如何處理好這對(duì)矛盾 , 使其既能有效、長(zhǎng)期地發(fā)揮防腐功能 , 又能親水、節(jié)能 , 是空調(diào)鋁箔用親水涂料研究的主要問(wèn)題。本文通過(guò)選用特殊的功能單體 ( 反應(yīng)型乳化劑 ) , 采用核殼聚合技術(shù)制備了一種可用于空調(diào)鋁箔的底涂防腐乳液 , 并對(duì)涂層性能的影響因素進(jìn)行了研究。

1 　實(shí)驗(yàn)部分

1. 1 　原　料

苯乙烯 ( St) 、甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 、丙烯酸乙酯 ( EA) 、丙烯酸丁酯 (BA) 、甲基丙烯酸 - β - 羥乙酯 (HEMA) 、 N - 甲基丙烯酰胺 (N - AM) 、丙烯酸 (AA) 、過(guò)硫酸銨 (APS) 、亞硫酸氫鈉、氨水 : 上述原料均為工業(yè)品 ; 乳化劑 (ABEX 系、 ANTAR 2 __ OX 系 ) ; 氨基樹(shù)脂 CYMEL300: 氰特公司 ; 功能性磷酸酯單體 PAM 。

1. 2 　乳液合成

在裝有冷凝器、攪拌器等的四口瓶中加入部分去離子水、乳化劑及保護(hù)膠等 , 通入氮?dú)?, 攪拌升溫 , 控溫 ( 80 ± 1) ℃ , 加入 5% 的預(yù)乳化單體乳液 (MMA + EA + HEMA +AA + N - AM+ 組合乳化劑 , 進(jìn)行預(yù)乳化 ; 根據(jù)需要的玻璃化溫度設(shè)計(jì)前 4 個(gè)單體的比例 ) 和部分引發(fā)劑水溶液 , 控溫反應(yīng) 10 min 。而后開(kāi)始滴加預(yù)乳化單體乳液和引發(fā)劑溶液 , 在 (85 ± 1) ℃保溫 1 h 后 , 冷卻至 45 ℃ 以下后用氨水調(diào)整 pH 值為 7 ～ 8 。加入消泡劑 , 攪拌 10 min, 冷卻至 35 ℃ 以下 , 過(guò)濾 , 出料得乳液產(chǎn)品。

1. 3 　檢測(cè)與表征

1. 3. 1 涂層膠膜的紅外分析

膠膜的制備 : 將乳液與適當(dāng)比例的氨基樹(shù)脂混合后 , 在潔凈的玻璃板上流延成膜 , 然后放入烘箱中 , 在 260 ℃ 下烘 25 ～ 30 s, 制備出厚度約為 0 1 5 mm 的膜 ; 在去離子水中浸泡 , 將膠膜從玻璃板上剝離。采用 IR 270 - 30 型分光光度計(jì) ( 日本日立公司 ) 進(jìn)行膠膜的紅外譜圖掃描。

1. 3. 2 涂層的耐鹽霧性能測(cè)試

樣片的制備 : 按照親水鋁箔生產(chǎn)線的素箔預(yù)處理工序?qū)︿X箔進(jìn)行前處理后 , 將乳液與適當(dāng)比例的氨基樹(shù)脂混合 , 用 10 # 線涂棒在鋁箔上進(jìn)行涂布 , 在 260 ℃ 下烘 25 s, 制備出平均膜厚約為 1 . 0 ～ 1 . 2 g/m 2 的樣片 , 裁成 7 cm × 12 cm 的樣片放入 CASSER - ISO - 3 型鹽霧試驗(yàn)箱 ( 日本須賀試驗(yàn)機(jī)株式會(huì)社產(chǎn) ) 中進(jìn)行防腐性能測(cè)定。

1. 3. 3 測(cè)定乳液的稀釋穩(wěn)定性

在 10 mL 帶有刻度的試管中 , 用漏管加入 2 mL 乳液 , 然后用滴管加入 8 mL 去離子水 , 充分搖勻后放置在試管架上 , 分別于 24 h 、 48 h 后觀察有無(wú)分層、分水、沉淀發(fā)生 , 不發(fā)生上述現(xiàn)象即為通過(guò)。

1. 3. 4 測(cè)定乳液的機(jī)械穩(wěn)定性

在 1 000 mL 搪瓷杯中加入 200 g 用 120 目篩網(wǎng)過(guò)濾后的乳液 , 將搪瓷杯放置在攪拌機(jī)上 , 用夾子固定 , 開(kāi)動(dòng)攪拌 , 調(diào)轉(zhuǎn)速達(dá) 4 000 r/min, 攪拌 0 . 5 h 后觀察乳液是否破壞或絮凝 , 如無(wú)明顯的絮凝物 , 再用 120 目篩網(wǎng)過(guò)濾 , 如沒(méi)有或僅有極少量絮凝即認(rèn)為通過(guò)。

1. 3. 5 測(cè)定乳液的鈣離子穩(wěn)定性

在 10 mL 帶有刻度的試管中 , 用滴管加入 5 mL 乳液 , 然后加入 1 mL 5% 氯化鈣溶液。應(yīng)注意緩慢加入 , 充分搖勻后放置試管架上 , 分別于 1 h 、 24 h 、 48 h 后觀察 , 如發(fā)生分層 , 沉淀、絮凝等現(xiàn)象 , 即認(rèn)為不合格。

1. 3. 6 測(cè)定乳液的凍融穩(wěn)定性

在 - 15 ℃ 的低溫冰箱中連續(xù)冷凍 16 h, 常溫解凍 8 h, 如此循環(huán) 5 次 , 如不破乳即為通過(guò)。

2 　結(jié)果與討論

2. 1 　單體的選擇與乳液的合成

根據(jù)底涂的性能要求 , 選擇 MMA 、 BA 、 EA 、 AA 為主單體 ,HEMA 、 N - AM 為交聯(lián)單體。通過(guò) MMA 、 BA 、 EA 調(diào)節(jié)聚合物分子的結(jié)構(gòu)、底層涂膜的硬度 , 具備較好的耐水性能 ; 通過(guò) AA 提高乳液的穩(wěn)定性 , 并在成膜過(guò)程中參加交聯(lián)使底涂的耐腐蝕性和附著力明顯提高 ; 將一定量的 HEMA 、 N - AM 引入配方中 , 主要是依靠 HEMA 提供交聯(lián)基團(tuán)與底層涂料配方中的甲醚化氨基樹(shù)脂 (HMMM) 組分發(fā)生交聯(lián)反應(yīng) , 提高漆膜的交聯(lián)密度 , 形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) ,N - AM 可發(fā)生自交聯(lián)反應(yīng) , 兩者共同作用提高底層的耐腐蝕性能。出于經(jīng)濟(jì)因素的考慮 , 可使用 St 來(lái)降低乳液的生產(chǎn)成本。為了使涂層具有良好的耐腐蝕性能 , 選用半連續(xù)預(yù)乳化合成工藝 [ 7 ] 進(jìn)行乳液合成。預(yù)乳化工藝可以最大程度地保證聚合過(guò)程中體系的穩(wěn)定 , 減少凝膠 ; 并且可以有效地控制乳膠粒尺寸。半連續(xù)聚合有利于乳膠粒核殼結(jié)構(gòu)的形成。乳液合成配方見(jiàn)表 1, 所合成的乳液性能見(jiàn)表 2 。

表 1 　乳液合成配方

表 2 　合成乳液的性能

　所合成的乳液的紅外光譜見(jiàn)圖 1 。

圖 1 　合成乳液的紅外光譜圖

在圖 1 中 2 950 cm - 1 、 1 480 cm - 1 、 1 380 cm - 1 附近的吸收為 C — H 不對(duì)稱伸縮振動(dòng)引起的 , 3 500 cm - 1 、 1 060 cm - 1 附近的吸收峰是— OH 的伸縮振動(dòng)引起的 , 1 730 cm - 1 左右的吸收峰則是典型的羰基吸收峰。這說(shuō)明選用的單體經(jīng)過(guò)乳液聚合反應(yīng)得到了預(yù)計(jì)的共聚物。

2. 2 　功能單體對(duì)乳液性能的影響

親水鋁箔一般要求整個(gè)涂料用量為 1 . 3 ～ 1 . 5 g/m 2 。其中 , 底層涂料用量為 1 . 1 ～ 1 .3 g/m 2 , 面層涂料用量為 0 . 2 ～ 0. 4 g /m 2 , 這對(duì)底涂乳液防腐性能提出了很苛刻的要求。為此 , 本實(shí)驗(yàn)選用了一種特殊的水溶性的功能單體 PAM, 它屬于含有磷酸酯官能團(tuán)的化合物 , 它不僅可以有效地提高底層涂膜在鋁材上的附著力和涂膜的耐腐蝕性能 , 而且能在乳液聚合中作為反應(yīng)型乳化劑 / 穩(wěn)定劑 , 減少乃至替代一般的傳統(tǒng)乳化劑。磷酸酯單體的功能性在于以共價(jià)鍵的形式將聚合物牢固地連接到金屬基材上。它還能夠有效提高乳液的凍融穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。其加量對(duì)乳液耐鹽霧性的影響見(jiàn)表 3 。

表 3 　功能單體加入量對(duì)乳液耐鹽霧性能的影響

　　從表 3 可以看出 : 功能單體的加入量從 2% 增加到 8% 的過(guò)程中乳液的防腐性能明顯提高。

2. 3 　乳液合成條件

在乳液聚合過(guò)程中 , 乳化劑的種類及用量對(duì)乳液的穩(wěn)定性、粒度影響很大。本文采用陰、非離子組合型乳化劑。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) , 當(dāng)組合乳化劑的用量少于 1 .5% , 乳液聚合過(guò)程的穩(wěn)定性、乳液的機(jī)械性能較差 , 凝膠率高、單體轉(zhuǎn)化率低 , 且乳液的顆粒較為粗大。試驗(yàn)確定組合乳化劑的用量在 1 . 8% 左右比較適宜。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) , 反應(yīng)溫度大于 90 ℃ 時(shí) , 易產(chǎn)生爆聚 , 不易控制 ; 反應(yīng)溫度過(guò)低 , 容易導(dǎo)致乳膠粒的粒徑分布區(qū)間過(guò)大 , 不利于形成致密的漆膜。為此 , 聚合溫度控制在 78 ～ 82 ℃ , 反應(yīng)過(guò)程平穩(wěn) , 總體效果比較好。

2. 4 　物料加入方式對(duì)乳液性能的影響

本文采用核殼聚合技術(shù)進(jìn)行乳液合成。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) , 在聚合過(guò)程中 , 殼反應(yīng)階段物料加入方式對(duì)乳膠粒形態(tài)的影響很大。采用預(yù)溶脹法與半連續(xù)滴加法相結(jié)合的滴加工藝 , 使殼體先進(jìn)行了預(yù)乳溶脹 , 再采取半連續(xù)滴加。因殼體的溶脹 , 使核殼之間有一定的時(shí)間發(fā)生互穿或接枝反應(yīng) , 提高了乳液的防腐性能。

3 　結(jié)　語(yǔ)

(1) 通過(guò)選擇合適的原料和合成工藝 , 合成了具有高耐腐蝕性能的核殼共聚乳液 , 在底層涂料用量?jī)H為 1 g /m 2 左右時(shí)仍可達(dá)到親水箔涂層防腐蝕的要求。 (2) 采用殼單體預(yù)溶脹、半連續(xù)滴加物料工藝、控制適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度的措施 , 得到了聚合過(guò)程穩(wěn)定、綜合性能優(yōu)異的防腐乳液。 (3) 功能單體 PAM 的使用大大提高了乳液的耐腐蝕性能以及乳液在鋁板材上的涂敷性能。 __