摘要：通过红外谱图表征了以多种丙烯酸酯共聚合成的性能较好的树脂的结构 , 讨论了 各种条件及试剂用量对其树脂的影响等。
关键词：室温;快速固化;丙烯酸酯涂料
1 .前言
以丙烯酸树脂制造的涂料日益发展 , 从最初的溶剂型热塑性漆发展到热固性漆 , 到水乳胶性及非水分散型丙烯酸酯漆。上世纪 70 年代以来 , 由于环境保护条件的限制 , 低污染成为涂料工业的主要问题 , 传统溶剂型丙烯酸酯漆的发展逐渐受到水溶性、粉末、高固体、光固化等新型丙烯酸酯漆的影响而有所减缓 [1] 。我国这些新品种丙烯酸酯涂料的发展在技术上、资源上、成本上有其一定难度 , 未能在产量上飞跃提高 , 所以溶剂型丙烯酸酯漆仍有极大的发展潜力 [2] 。
本文以多种丙烯酸酯单体通过合适配比合成了一种共聚丙烯酸酯涂料 , 溶剂挥发和空气氧化达到快干 , 且干燥时不需加入任何助剂 , 对于涂膜的外观、柔韧性、附着力都得到不同程度的改善 ; 共聚物上带有活性官能团 , 也可和其它树脂进行复合 , 得到不同性能的改性涂料 , 大大拓宽了其使用价值。
2 .实验部分
2.1 主要试剂
甲基丙烯酸甲酯 ( MMA ) 、丙烯酸甲酯 (MA) 、丙烯酸丁酯 (BA) 、甲基丙烯酸羟乙酯 ( β -HM) 、苯乙烯 (ST) 、α - 甲基丙烯酸 ( α -MA) 、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯 , 均为化学纯试剂 ; 过氧化苯甲酰 (BPO) , 分析纯 ; 流平剂 ; 增塑剂 ; 分散剂和颜料。
2.2 合成工艺
采用溶剂法合成。将溶剂加入四口瓶中 , 升温搅拌至回流 , 将全部单体及 80 % 引发剂混合均匀 , 恒速滴加 , 控温搅拌 (1 ～ 3) h, 然后补加剩余引发剂 , 保温约 1h , 粘度合格出料。
2.3 树脂的性能指标
树脂性能指标见表 1 。
表1 树脂性能指标
新型丙烯酸酯涂料的制造与性能研究
3 .结果与讨论
3.1 聚合单体的选择
选用多种单体共聚 , 主要是综合利用各自的特点 , 使制成的树脂能满足各方面的性能。
考虑树脂的玻璃化温度对涂料的硬度、抗张强 度、柔韧性、附着力的影响 , 将软硬单体匹配使用。丙烯酸丁酯为软单体 , 可提高附着力和柔韧性 ; 甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯为硬单体 , 可提高硬度、耐水性及拉伸强度 ; 同时 , 加入官能团单体α - 甲基丙烯酸和甲基丙烯酸 - β - 羟乙酯 , 使分子 链上带有一定比例的极性官能团 -COOH 、 -OH, 可大大提高涂料的附着力和耐溶剂性。
3.2 引发剂用量的影响
在其他条件相同情况下 , 不同用量的引发剂随时间的变化关系如图 1 所示。
图1 引发剂用量的影响 ( 反应温度 120 ℃ )
新型丙烯酸酯涂料的制造与性能研究
引发剂影响树脂的分子量及转化率 , 最终影响到涂膜性能。引发剂用量过少 , 分子量大 , 反应时间长 , 粘度大 ; 引发剂用量过多 , 产生较多的自由基聚合 , 制得的树脂分子量小 , 反应易爆聚。实验中采用分批加入引发剂 [3] , 可得到较高的转化率 , 同时树脂具有适当的粘度和分子量。
3.3 反应时间与反应温度的影响 [4]
在其他条件相同的情况下 , 以聚合物粘度为反应终点 , 测定不同反应温度下聚合反应的时间 , 如图 2 所示。
新型丙烯酸酯涂料的制造与性能研究
应易爆聚。反之 , 温度较低时 , 聚合度大但反应时间增长。同时 , 聚合温度的选择还须考虑引发剂的半衰期和溶剂的沸点等因素。综合几方面因素 , 引发剂用量为 0 . 14 %, 反应温度 120 ℃ , 反应时间 (2 ～ 4) h 。
3.4 聚合物的表征
将共聚物进行 IR 谱图测试 , 见图 3 。
新型丙烯酸酯涂料的制造与性能研究
由图 3 可知 , 3026cm -1 、 2940cm -1 分别为 — CH 3 、 — CH 2 — 的吸收 ; 在 1724cm -1 强吸收峰处为酯羰基的吸收 ; 1600cm -1 为苯环吸收峰 ; (1148 ～ 1211) cm -1 段为 CO 、 C — O — C 、 O — H 等官能团倍频吸收 ; 1640cm -1 处的双键伸缩振动吸收峰以及 990cm -1 处的双键弯曲振动吸收峰消失 , 双键已经聚合 , 产物具有良好的共聚结构。
3.5 涂膜的性能指标
将丙烯酸酯共聚物加入其它各种组分后制成涂料 , 涂膜的性能指标如表 2 所示。
表2 丙烯酸酯涂膜性能指标
新型丙烯酸酯涂料的制造与性能研究
选用乙酸乙酯 - 二甲苯的混合溶剂毒性小、对环境污染小 , 在溶剂挥发的同时保证了良好的溶解力 , 干燥时不需加入其它任何助剂 , 表干时间快 , 溶剂挥发后双键氧化聚合 , 大大缩短了干燥时间 , 固化后涂膜丰满度好、耐化学品性好。
4.结论
(1) 采用溶液聚合方法合成的共聚丙烯酸酯 , 通过改变单体的配比 , 得到性能较好的树脂 , 官能团单体的引入改善了涂膜的附着力。
(2) 通过多种单体共聚制得的丙烯酸酯树脂涂料柔韧性好、不易开裂 , 克服了丙烯酸涂料的脆性 , 提高了附着力 , 同时又具备丙烯酸涂料的优 点 , 各项性能指标均有不同程度的改善 , 大大提高了其使用价值。
