2004年度中国石油和化学工业协会科技奖励项目推荐（四）
栏目主持：《中国化工信息》周刊、中国石油和化学工业协会科技办
高硅含量丙烯酸乳液及其涂料的研制
张保利 孔志元 南璇
项目开发背景
乳胶涂料因具有轻质、安全、色彩丰富，施工效率高、翻新维修
方便及挥发性有机化合物（voc）排放低等优点，正成为建筑物外部装修
的首选材料，近几年得到了迅猛发展。目前大量应用于中低层建筑物上
的丙烯酸酯类乳胶涂料基本上可满足5年左右的使用要求。随着建筑物
越来越向大型化、高层化发展，其涂装周期一般至少要达到10年以上，
现有的以苯乙烯-丙烯酸酯及纯丙烯酸酯共聚物乳液为基料制备的建筑涂
料已难以满足要求。由于si-o键具有较高的键能，耐紫外光和耐氧化降
解性好，且硅树脂表面能低，因此用其制得的涂料具有高耐候性、耐水
性和抗沾污性及对水泥基材等有较强的附着力，越来越受到人们的关注。
溶剂型有机硅改性丙烯酸树脂用于建筑物的外装修，尽管取得了
比较好的效果，但由于环保问题，作为建筑涂料大面积使用已受到限制。
因此，开发高性能、低污染的水性丙烯酸有机硅涂料已成为近几年涂料
领域关注的一个新热点。
目前，市场上所推广的有机硅改性丙烯酸乳液共聚物由于没有很
好地解决硅氧烷水解、缩合等技术难点，其有机硅含量相对较低，对涂
膜性能的改进有限，特别是耐光保色性和耐污性方面提高不明显。本项
目将有机硅改性丙烯酸乳液共聚物中有机硅含量提高到15%以上，以满
足建筑物外墙面高耐污和高耐候性的需要。
技术路线和技术特点
技术路线 通常将有机硅氧烷对乳液聚合物进行改性的方法主要
分为物理混合法、化学缩聚法和自由基聚合法。自由基聚合法和常规乳
液聚合法基本相同，目前报道最多的就是将含有不饱和键的有机硅单体
与其他含有不饱和键的各类单体聚合，主要是和苯乙烯-丙烯酸酯和纯丙
烯酸酯体系聚合，目的是把有机硅耐高温性、耐候性、耐化学品性、疏
水、表面能低及不易污染等性能和丙烯酸类树脂的高保色性、柔韧性、
价格适宜结合起来，制备出高耐候、高耐水、抗污染和性价比优异的环
保型建筑用乳液及涂料。本项目就是采用此种方法，将含有不饱和键的
有机硅单体与其他含有不饱和键的各类单体聚合，在聚和物侧链上引入
硅氧烷，并有效抑制了有机硅氧烷的水解缩合问题，其有机硅单体含量
可高达20%以上。
技术特点 有机硅氧烷单体在乳液聚合的条件下，在水相中很容易
水解生成活性硅醇，继而发生自交联缩聚，特别是当有机硅氧烷含量较
大时，在乳液聚合时会产生大量凝聚物，这种早期的过度交联缩聚会使
共聚反应无法进行。本项目主要通过抑制乳液聚合过程和乳液及涂料贮
存时硅氧烷的水解，特别是缩聚交联，将带有不饱和键的有机硅氧烷单
体和丙烯酸酯类单体进行乳液共聚，在聚合物侧链上引入硅氧烷。当施
工后，硅氧烷发生水解和缩聚反应，则彼此之间及与基材表面可形成牢
固的si-o-si立体结构，使涂膜与基材的附着力增强，并表现出优异的
耐候性、耐沾污性和耐水性。
采用有机硅单体含量占单体总量的0%、5%、10%、15%、20%、25%
合成的乳液配制涂料，比较不同硅含量对涂料性能的影响，结果见表1。
由此可见，随着涂料中有机硅含量的增加，其涂膜的耐水性、耐污
性、耐候性（人工老化）都有很大的提高。然而当有机硅单体含量很高
时，合成的硅丙乳液在贮存期间会发生一定程度的缩合，从而使乳液的
成膜温度提高，涂膜脆性增大，此外，水解缩合的倾向和速度都有所增
大。综合上述各种因素，将有机硅单体含量确定在10%～20%之间。
产品性能及应用前景
该项目产品已在华南、华北等地的一些建筑物外墙得到了应用，
用户普遍认为硅丙涂料在稳定性、施工性等方面都较为理想，涂膜色泽
均匀，具有高耐候性、优异的耐水性及耐沾污性，同时还具有较强的附
着力。硅丙涂料的性能指标详见表2。此外，本项目研制的硅丙涂料在
马赛克表面具有极佳附着力，这是其他涂料所无法比拟的。
目前，国内市场上硅丙乳液售价约30元/kg左右，而且有机硅含
量低，国外公司的水性纯有机硅聚合物售价则高达140～150元/kg，本
项目开发的产品则具有较高的性价比。据统计，目前我国建筑涂料年产
量约为150万t，并且每年以15%的速度递增，其中内墙涂料约占70%，
外墙涂料约占30%，即45万t。若按丙烯酸有机硅乳液涂料占外墙涂料
的20%计，其用量可达9万t，产值27亿元，经济效益可观。
（本项目获科技进步二等奖）
表1 不同有机硅含量对涂料涂膜性能影响
性能 有机硅含量/%
0 5 10 15 20 25
耐碱性/h ＞48 ＞48 ＞48 ＞48 ＞48 ＞48
耐水性/h ＞96 ＞96 ＞96 ＞96 ＞96 ＞96
耐沾污（5次）/% 13 10 7 6 5 4
耐洗刷/次 ＞10000 ＞10000 ＞10000 ＞10000 ＞8000 ＞8000
人工老化/h 500 600 750 1000 ＞1000 ＞1000
贮存稳定性/m ＞6 ＞6 ＞6 ＞6 ＞6 ＞6
表2 制备的硅丙涂料的主要性能
检验项目 国家优等品指标要求 项目产品检测结果
涂膜外观 平整 平整
干燥时间（表干）/h ≤2 ≤2
耐水性 （96h）无异常 （7d）无异常
耐碱性 （48h）无异常 （7d）无异常
耐洗刷性/次 ＞2000 ＞10000
对比率（白色和浅色） ≥0.93 ≥0.95
低温稳定性 不变质 不变质
涂层耐温变性（5次循环） 无异常 无异常
人工老化/级 粉化 （600h）1 （1000h）1
变色 2 1
耐沾污性（白色和浅色）/% ≤15 ≤6.2