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嘉峪檢測網 2021-07-22 22:03
水性丙烯酸樹脂的配方設計
水性丙烯酸樹脂及其涂料應用范圍很廣，因此其配方設計是非常復雜的。基本原則主要遵循以下幾點：
a要針對不同基材和產品確定樹脂劑型——水稀釋型或水乳型或分散體型；
b選擇單體組成、玻璃化溫度（Tg）；
c選擇水性單體類型及用量；
d選擇引發劑類型及用量；
E選擇溶劑組成；
f選擇乳化劑種類及用量；
g選擇聚合工藝。
最后通過實驗進行檢驗、修正，以確定最佳的產品工藝和配方。
單體的選擇
a單體概述
為方便應用，通常將聚合單體分為硬單體、軟單體和功能單體三大類。
硬單體:甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（ST）、甲基丙烯酸異冰片酯(IBOMA) ；
軟單體:丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸異辛酯(2-EHA)。
弱極性的苯乙烯、長鏈的丙烯酸及甲基丙烯酸酯（如月桂酯、十八烷酯）具有較好的耐醇性和耐水性。
功能性單體有含羥基的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，含羧基的單體有丙烯酸和甲基丙烯酸。
其它功能單體有：丙烯酰胺（AAM）、羥甲基丙烯酰胺（NMA）、雙丙酮丙烯酰胺（DAAM）和甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯（AAEM）、甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯（DMAEMA）等。
功能單體的用量一般控制在1％~6％質量份。
乙烯基三異丙氧基硅烷單體由于異丙基的位阻效應，Si－O鍵水解較慢，在乳液聚合中其用量可以較高（10）。
含羧基的單體引入羧基可以改善樹脂對顏、填料的潤飾性及對基材的附著力，而且同環氧基團有反應性，對氨基樹脂的固化有催化活性。
B單體共聚活性
由于單體結構不同，共聚活性不同，共聚物組成同單體混合物組成通常不同，對于二元、三元共聚，他們通過共聚物組成方程可以關聯。對于更多元的共聚，沒有很好的關聯方程可用，只能通過實驗研究，具體問題進行具體分析。
實際工作時一般采用單體混合物“饑餓態”加料法（即單體投料速率<共聚速率）控制共聚物組成。若混合單體的竟聚率相差太大，如苯乙烯同醋酸乙烯、氯乙烯、丙烯睛難以共聚。必須用活性相差較大的單體共聚時，可以補充一種單體進行過渡，即加入一種單體，而該單體同其它單體的竟聚率比較接近、共聚性好，苯乙烯同丙烯睛難以共聚，加入丙烯酸酯類單體就可以改善他們的共聚性。
下表中單體對的竟聚率可用來評估單體的共聚活性。
c羥基型丙烯酸樹脂
合成水性羥基型丙烯酸樹脂時羥基單體的種類和用量對樹脂性能有重要影響。
水性雙組分聚氨酯體系的羥基丙烯酸組分常用伯羥基類單體：丙烯酸羥乙酯（HEA）或甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）；
水性氨基烘漆的羥基丙烯酸組分常用仲羥基類單體：丙烯酸-β-羥丙酯（HPA）或甲基丙烯酸-β-羥丙酯（HPMA）。伯羥基類單體活性較高，由其合成的羥丙樹脂用作氨基烘漆的羥基組分時影響成漆貯存，可選擇仲羥基丙酯單體。
另外，通過羥基型鏈轉移劑 （如巰基乙醇、巰基丙醇、巰基丙酸-2-羥乙酯）可以在大分子鏈端引入羥基，改善羥基分布，提高硬度，并使分子量分布變窄，降低體系粘度。
Tg的設計
玻璃化溫度反映無定型聚合物由脆性的玻璃態轉變為高彈態的轉變溫度。不同用途的涂料，其樹脂的玻璃化溫度相差很大。外墻漆用的彈性乳液其一般低于－10℃，北方應更低一些；而熱塑性塑料漆用樹脂的一般高于60℃。交聯型丙烯酸樹脂的一般在－20～400℃。
玻璃化溫度的設計常用FOX公式：
其中， Wi為第i種單體的質量分數，為第i種單體對應均聚物的玻璃化溫度，單位用K。一些單體的玻璃化溫度可以查表。
該公式計算值有一定參考價值，但其準確度和單體組成有關，并不確定。
引發劑的選擇
水稀釋型丙烯酸樹脂及丙烯酸樹脂二級分散體主要用過氧類和偶氮類兩種引發劑。
常用的過氧類引發劑的引發活性見下表：
過氧化二苯甲酰（BPO）是一種最常用得過氧類引發劑，正常使用溫度70～100℃，過氧類引發劑容易發生誘導分解反應，而且其初級自由基容易奪取大分子鏈上的氫、氯等原子或基團，進而在大分子鏈上引入支鏈，適合于接枝雜化體的合成。
過氧化苯甲酸叔丁酯是近年來得到重要應用的引發劑，微黃色液體，沸點124℃，溶于大多數有機溶劑，室溫穩定，對撞擊不敏感，儲運方便，它克服了過氧類引發劑的一些缺點，所合成的樹脂分子量分布較窄，有利于固體分的提高。
偶氮類引發劑品種較少，常用的主要有偶氮二異丁腈（AIBN）、偶氮二異庚腈（ABVN）。其活性見下表：
過硫酸鹽用于乳液聚合或水溶液聚合引發劑，包括過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀。過硫酸銨易溶于水，0℃時溶解度582g/L水，涂膜耐水性較好。
陽離子乳液聚合用偶氮二異丁基脒鹽酸鹽（V50 ）引發劑。其學名為：2，2-偶氮雙（2-脒基丙烷）二鹽酸鹽。
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