翟瑞杰 ( 北京科美新防腐技術有限公司 , 100083)
管荻華 ( 北京科技大學 , 100083)
呂龍云 ( 中國農業(yè)機械化研究院 , 北京 100083)
摘要 : 通過紅外譜圖表征了以多種丙烯酸酯共聚合成的性能較好的樹脂的結構 , 討論了 各種條件及試劑用量對其樹脂的影響等。
關鍵詞 : 室溫 ; 快速固化 ; 丙烯酸酯涂料
1 前言
以丙烯酸樹脂制造的涂料日益發(fā)展 , 從最初的溶劑型熱塑性漆發(fā)展到熱固性漆 , 到水乳膠性及非水分散型丙烯酸酯漆。上世紀 70 年代以來 , 由于環(huán)境保護條件的限制 , 低污染成為涂料工業(yè)的主要問題 , 傳統(tǒng)溶劑型丙烯酸酯漆的發(fā)展逐漸受到水溶性、粉末、高固體、光固化等新型丙烯酸酯漆的影響而有所減緩 [1] 。我國這些新品種丙烯酸酯涂料的發(fā)展在技術上、資源上、成本上有其一定難度 , 未能在產量上飛躍提高 , 所以溶劑型丙烯酸酯漆仍有極大的發(fā)展?jié)摿?[2] 。
本文以多種丙烯酸酯單體通過合適配比合成了一種共聚丙烯酸酯涂料 , 溶劑揮發(fā)和空氣氧化達到快干 , 且干燥時不需加入任何助劑 , 對于涂膜的外觀、柔韌性、附著力都得到不同程度的改善 ; 共聚物上帶有活性官能團 , 也可和其它樹脂進行復合 , 得到不同性能的改性涂料 , 大大拓寬了其使用價值。
2 實驗部分
2 . 1 主要試劑
甲基丙烯酸甲酯 ( MMA ) 、丙烯酸甲酯 (MA) 、丙烯酸丁酯 (BA) 、甲基丙烯酸羥乙酯 ( 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 , 均為化學純試劑 ; 過氧化苯甲酰 (BPO) , 分析純 ; 流平劑 ; 增塑劑 ; 分散劑和顏料。
2 . 2 合成工藝
采用溶劑法合成。將溶劑加入四口瓶中 , 升溫攪拌至回流 , 將全部單體及 80 % 引發(fā)劑混合均勻 , 恒速滴加 , 控溫攪拌 (1 ～ 3) h, 然后補加剩余引發(fā)劑 , 保溫約 1h , 粘度合格出料。
2 . 3 樹脂的性能指標
樹脂性能指標見表 1 。
表 1 樹脂性能指標
新型丙烯酸酯涂料的制造與性能研究
3 結果與討論
3 . 1 聚合單體的選擇
選用多種單體共聚 , 主要是綜合利用各自的特點 , 使制成的樹脂能滿足各方面的性能。
考慮樹脂的玻璃化溫度對涂料的硬度、抗張強 度、柔韌性、附著力的影響 , 將軟硬單體匹配使用。丙烯酸丁酯為軟單體 , 可提高附著力和柔韌性 ; 甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯為硬單體 , 可提高硬度、耐水性及拉伸強度 ; 同時 , 加入官能團單體α - 甲基丙烯酸和甲基丙烯酸 - β - 羥乙酯 , 使分子 鏈上帶有一定比例的極性官能團 -COOH 、 -OH, 可大大提高涂料的附著力和耐溶劑性。
3 . 2 引發(fā)劑用量的影響
在其他條件相同情況下 , 不同用量的引發(fā)劑隨時間的變化關系如圖 1 所示。
圖 1 引發(fā)劑用量的影響 ( 反應溫度 120 ℃ )
新型丙烯酸酯涂料的制造與性能研究
引發(fā)劑影響樹脂的分子量及轉化率 , 最終影響到涂膜性能。引發(fā)劑用量過少 , 分子量大 , 反應時間長 , 粘度大 ; 引發(fā)劑用量過多 , 產生較多的自由基聚合 , 制得的樹脂分子量小 , 反應易爆聚。實驗中采用分批加入引發(fā)劑 [3] , 可得到較高的轉化率 , 同時樹脂具有適當?shù)恼扯群头肿恿俊?/FONT>
3 . 3 反應時間與反應溫度的影響 [4]
在其他條件相同的情況下 , 以聚合物粘度為反應終點 , 測定不同反應溫度下聚合反應的時間 , 如圖 2 所示。
新型丙烯酸酯涂料的制造與性能研究
應易爆聚。反之 , 溫度較低時 , 聚合度大但反應時間增長。同時 , 聚合溫度的選擇還須考慮引發(fā)劑的半衰期和溶劑的沸點等因素。綜合幾方面因素 , 引發(fā)劑用量為 0 . 14 %, 反應溫度 120 ℃ , 反應時間 (2 ～ 4) h 。
3 . 4 聚合物的表征
將共聚物進行 IR 譜圖測試 , 見圖 3 。
新型丙烯酸酯涂料的制造與性能研究
由圖 3 可知 , 3026cm -1 、 2940cm -1 分別為 — CH 3 、 — CH 2 — 的吸收 ; 在 1724cm -1 強吸收峰處為酯羰基的吸收 ; 1600cm -1 為苯環(huán)吸收峰 ; (1148 ～ 1211) cm -1 段為 CO 、 C — O — C 、 O — H 等官能團倍頻吸收 ; 1640cm -1 處的雙鍵伸縮振動吸收峰以及 990cm -1 處的雙鍵彎曲振動吸收峰消失 , 雙鍵已經聚合 , 產物具有良好的共聚結構。
3 . 5 涂膜的性能指標
將丙烯酸酯共聚物加入其它各種組分后制成涂料 , 涂膜的性能指標如表 2 所示。
表 2 丙烯酸酯涂膜性能指標
新型丙烯酸酯涂料的制造與性能研究
選用乙酸乙酯 - 二甲苯的混合溶劑毒性小、對環(huán)境污染小 , 在溶劑揮發(fā)的同時保證了良好的溶解力 , 干燥時不需加入其它任何助劑 , 表干時間快 , 溶劑揮發(fā)后雙鍵氧化聚合 , 大大縮短了干燥時間 , 固化后涂膜豐滿度好、耐化學品性好。
4 結論
(1) 采用溶液聚合方法合成的共聚丙烯酸酯 , 通過改變單體的配比 , 得到性能較好的樹脂 , 官能團單體的引入改善了涂膜的附著力。
(2) 通過多種單體共聚制得的丙烯酸酯樹脂涂料柔韌性好、不易開裂 , 克服了丙烯酸涂料的脆性 , 提高了附著力 , 同時又具備丙烯酸涂料的優(yōu) 點 , 各項性能指標均有不同程度的改善 , 大大提高了其使用價值。
