摘要：采用乳液插层聚合法合成苯乙烯－丙烯酸丁酯／蒙脱土 (MMT) 纳米复合阻燃涂料，对涂膜的机械性能和阻燃性进行了研究，结果表明：纳米插层复合阻燃涂料不但能增加涂膜的机械性能，而且还能提高涂膜的阻燃性。
关键词：阻燃涂料；改性蒙脱土；苯丙涂料；纳米复合涂料
苯乙烯和丙烯酸酯共聚物乳液涂料又称苯丙乳液涂料，是一种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链段，提高了涂膜的耐水性、耐碱性、硬度和抗污性。这种涂料可供水泥、沙浆、木材、混凝土底材的涂装，在乳液涂料中占有很大的比例，是一种具有发展前途的乳液涂料 〔 1 〕 。但是它也存在耐寒、耐水、耐热性较差的缺陷，限制了其使用范围。将苯乙烯－丙烯酸丁酯共聚物插层到改性的蒙脱土片层间，不但能提高其力学性能，同时由于蒙脱土特殊的二维片层结构赋予复合材料较好的热力学稳定性 〔 2 〕 。实验的目的就是将苯丙乳液涂料和有机改性蒙脱土复合，制备一种新型、环保、阻燃效率高的阻燃涂料。
1 实验部分
1.1 原材料和试剂
丙烯酸丁酯；天津市博迪化工有限公司；苯乙烯，天津市华真特种化学试剂厂；十二烷基磺酸钠 上海亨达精细化学品有限公司； (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ，上海埃彼化学试剂公司；钠基蒙脱土，浙江丰虹粘土有限公司 ,300 目 离子交换容量 (60 ～ 70)mmol/ 100g 。
1.2 有机蒙脱土的制备
称取蒙脱土若干克在强烈搅拌下分散于水中形成 5% 的蒙脱土悬浮体，将十六烷基三甲基溴化铵在室温下溶于水中，然后将此溶液在 80 ℃ 下加入蒙脱土水悬浮体中，强烈搅拌 2h 静置过夜，除去上层溶液，抽滤，用大量去离子水洗至无 Br - ( 用 0.01mol/LAgNO 3 溶液检验 ) ，用真空烘箱烘干，然后碾碎，用 300 目筛子过筛，得到改性蒙脱土。
1.3 苯乙烯－丙烯酸丁酯／蒙脱土纳米复合涂膜的制备
以一定比例的丙烯酸丁酯、苯乙烯、有机蒙脱土和蒸馏水以及少量十二烷基磺酸钠，加入连接有搅拌器、冷凝管和氮气的四口烧瓶中，室温下搅拌乳化 1h 。然后升温到 80 ℃ ，慢慢滴加引发剂 (NH 4 ) 2 S 2 O 8 水溶液，反应 1.5h 得到苯乙烯－丙烯酸丁酯（苯丙）／蒙脱土纳米复合乳液。将乳液倾倒在 100mm × 100mm × 20mm 的铝薄中，自然晾干成膜。
1.4 性能测试
使用 AL -700M 力学性能测试仪（台湾高铁科技股份有限公司）按 HG4-875-84 标准测试浇铸材料的拉伸性能，试样为标准裁样，拉伸速度 800mm · min -1 。每组试样 5 个，测试取平均值。涂膜的其它性能在海洋化工研究院测试。
2 结果与讨论
2.1 蒙脱土质量分数对涂膜力学性能的影响
苯丙／蒙脱土纳米复合涂膜的力学性能得到改善，表现在拉伸强度和断裂伸长率的提高，含 2% 有机蒙脱土的苯丙／蒙脱土纳米复合材料的扯断强度较纯苯丙增加了近 200 ％，含 1.5 ％有机蒙脱土的苯丙／蒙脱土纳米复合材料的扯断伸长率也增加了。这可能是因为蒙脱土片层以纳米尺寸分散在聚合物基体中形成“纳米效应”，使得蒙脱土片层与苯丙之间的界面相相互作用增强 〔 3 〕 。此外经过插层聚合后，苯丙聚合物的分子链的运动受到蒙脱土片层的限制，使原本相对自由的分子链固定在蒙脱土片层间，在聚合物基体中起交联点的作用，从而提高力学性能。蒙脱土特殊的二维片层结构，也能在复合材料的片层纵向起增韧作用，见图 1 。
图1不同蒙脱土质量分数对力学性能的影响
试验中的乳液阻燃涂料是水基涂料的一种，具有以下特点： (1 ）以水为溶剂、稀释剂，不但降低涂料成本，而且无污染，对自然环境没有危害，符合环保规定； (2 ）由于采用了苯乙烯为单体涂膜硬度高、耐水、耐久性好； (3) 涂膜聚合物采用苯丙／蒙脱土纳米复合材料不但降低了涂膜的重量和厚度，而且赋予涂膜较好的阻燃性能，见表 1 。
2.3 苯丙／蒙脱土纳米复合阻燃涂料与饰面阻燃涂料国标的比较 ( 见表 2)
从图 1 可以看出：当有机蒙脱土质量分数为 2 ％时，扯断强度最好。有机蒙脱土质量分数为 1.5 ％时，扯断伸长率最大。在乳液聚合过程中，随着有机蒙脱土质量分数的增加，体系的粘度增加，所得乳液的稳定性（储存稳定性）降低。导致其力学性能降低的原因可能是由于有机蒙脱土的质量分数增加。蒙脱土只是机械地分散在乳液中，交联点增加的趋势减小，同时蒙脱土的增加会增加其周围低聚物的质量分数和蒙脱土周围的自由体积，破坏了乳胶粒之间的静电吸引，从而使得力学性能降低。
2.2 苯丙／蒙脱土纳米复合阻燃涂料的基本性能 ( 见表 1)
表 1 苯丙／蒙脱土纳米复合阻燃涂料的基本性能
表 2 苯丙／蒙脱土纳米复合阻燃涂料与饰面阻燃涂料国标的比较
从表 2 可以看出苯丙／蒙脱土纳米复合阻燃涂料基本达到国家标准，耐燃时间和火焰传播值均高于国家标准，但是在涂膜中没有考虑颜料等其它因素对涂膜性能的影响，因此对阻火性炭化体积和失重的测试有一定的偏差。
3 结 语
利用乳液插层聚合法合成的苯乙烯－丙烯酸丁酯／蒙脱土 (MMT) 纳米复合阻燃涂料，不但能提高涂膜的机械性能，而且对涂膜外观、粘度等不会造成影响。通过与国家阻燃清漆标准的比较，该涂料能达到国家标准。因此采用乳液插层聚合法合成的苯乙烯－丙烯酸丁酯／蒙脱土 (MMT) 纳米复合阻燃涂料，是一种很有前途的改性阻燃涂料。
