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) 納米復合阻燃涂料，對涂膜的機械性能和阻燃性進行了研究，結果表明：納米插層復合阻燃涂料不但能增加涂膜的機械性能，而且還能提高涂膜的阻燃性。
關鍵詞：阻燃涂料；改性蒙脫土；苯丙涂料；納米復合涂料
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，不但能提高其力學性能，同時由于蒙脫土特殊的二維片層結構賦予復合材料較好的熱力學穩定性 〔 2 〕 。實驗的目的就是將苯丙乳液涂料和有機改性蒙脫土復合，制備一種新型、環保、阻燃效率高的阻燃涂料。
1 實驗部分
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試劑廠；十二烷基磺酸鈉 上海亨達精細化學品有限公司； (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ，上海埃彼化學試劑公司；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 有機蒙脫土的制備
稱取蒙脫土若干克在強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 ) ，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／蒙脫土納米復合涂膜的制備
以一定比例的丙烯酸丁酯、苯乙烯、有機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、冷凝管和氮氣的四口燒瓶中，室溫下攪拌乳化 1h 。然后升溫到 80 ℃ ，慢慢滴加引發劑 (NH 4 ) 2 S 2 O 8 水溶液，反應 1.5h 得到苯乙烯－丙烯酸丁酯（苯丙）／蒙脫土納米復合乳液。將乳液傾倒在 100mm × 100mm × 20mm 的鋁薄中，自然晾干成膜。
1.4 性能測試
使用 AL -700M 力學性能測試儀（臺灣高鐵科技股份有限公司）按 HG4-875-84 標準測試澆鑄材料的拉伸性能，試樣為標準裁樣，拉伸速度 800mm · min -1 。每組試樣 5 個，測試取平均值。涂膜的其它性能在海洋化工研究院測試。
2 結果與討論
2.1 蒙脫土質量分數對涂膜力學性能的影響
苯丙／蒙脫土納米復合涂膜的力學性能得到改善，表現在拉伸強度和斷裂伸長率的提高，含 2% 有機蒙脫土的苯丙／蒙脫土納米復合材料的扯斷強度較純苯丙增加了近 200 ％，含 1.5 ％有機蒙脫土的苯丙／蒙脫土納米復合材料的扯斷伸長率也增加了。這可能是因為蒙脫土片層以納米尺寸分散在聚合物基體中形成“納米效應”，使得蒙脫土片層與苯丙之間的界面相相互作用增強 〔 3 〕 。此外經過插層聚合后，苯丙聚合物的分子鏈的運動受到蒙脫土片層的限制，使原本相對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點的作用，從而提高力學性能。蒙脫土特殊的二維片層結構，也能在復合材料的片層縱向起增韌作用，見圖 1 。
圖1不同蒙脫土質量分數對力學性能的影響
試驗中的乳液阻燃涂料是水基涂料的一種，具有以下特點： (1 ）以水為溶劑、稀釋劑，不但降低涂料成本，而且無污染，對自然環境沒有危害，符合環保規定； (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／蒙脫土納米復合阻燃涂料與飾面阻燃涂料國標的比較 ( 見表 2)
從圖 1 可以看出：當有機蒙脫土質量分數為 2 ％時，扯斷強度最好。有機蒙脫土質量分數為 1.5 ％時，扯斷伸長率最大。在乳液聚合過程中，隨著有機蒙脫土質量分數的增加，體系的粘度增加，所得乳液的穩定性（儲存穩定性）降低。導致其力學性能降低的原因可能是由于有機蒙脫土的質量分數增加。蒙脫土只是機械地分散在乳液中，交聯點增加的趨勢減小，同時蒙脫土的增加會增加其周圍低聚物的質量分數和蒙脫土周圍的自由體積，破壞了乳膠粒之間的靜電吸引，從而使得力學性能降低。
2.2 苯丙／蒙脫土納米復合阻燃涂料的基本性能 ( 見表 1)
表 1 苯丙／蒙脫土納米復合阻燃涂料的基本性能
表 2 苯丙／蒙脫土納米復合阻燃涂料與飾面阻燃涂料國標的比較
從表 2 可以看出苯丙／蒙脫土納米復合阻燃涂料基本達到國家標準，耐燃時間和火焰傳播值均高于國家標準，但是在涂膜中沒有考慮顏料等其它因素對涂膜性能的影響，因此對阻火性炭化體積和失重的測試有一定的偏差。
3 結 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) 納米復合阻燃涂料，不但能提高涂膜的機械性能，而且對涂膜外觀、粘度等不會造成影響。通過與國家阻燃清漆標準的比較，該涂料能達到國家標準。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) 納米復合阻燃涂料，是一種很有前途的改性阻燃涂料。
