淺談高固含量水性丙烯酸樹脂的合成及制備【干貨】
作者：常州斯賽新材料
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發布日期：2021-08-13
近年來，隨著人們環保意識的不斷增強，以及許多國家相繼頒布了控制揮發性有機化合物（VOC）含量的環保法規，研究和開發環境友好型涂料及涂裝技術、降低涂料生產及施工過程中的VOC 排放，已成為涂料和樹脂的研發熱點，高固體分涂料、水性涂料、粉末涂料、輻射固化涂料得到越來越廣泛的重視。
1 試驗部分
1.1 原材料
甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、苯乙烯、N- 甲基二乙醇胺（DEMA）、過氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB）、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚，工業級，市售；含羥基丙烯酸單體，自制；氨基樹脂5747，三木集團。
1.2 水性丙烯酸樹脂的合成
在裝有攪拌器、冷凝器、溫度計和恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中加入定量的水溶性乙二醇丁醚和丙二醇甲醚，升溫至回流后，再滴加溶解有引發劑的定量的丙烯酸單體混合物，約4~5 h 滴加完畢。保持溫度，繼續反應2 h 左右，再補加3 份引發劑后，制得略帶淺黃色的透明黏稠液體，降溫至60℃左右，加入定量的胺中和劑，中和體系中酸值的90%，繼續攪拌0.5 h，以滴加的方式將定量的水加入到體系中，制得固含量為70% 的水性丙烯酸樹脂。
1.3 涂料配制
將所得的水性丙烯酸樹脂和各種顏填料按比例投入配漆罐中，在砂磨機中研磨至細度達20 μm 后，過濾，制得樹脂漿，再加入定量的氨基樹脂、水等配制成水性丙烯酸氨基烤漆。
2 結果與討論
2.1 引發劑用量對樹脂相對分子質量及其分布的影響
自由基聚合丙烯酸樹脂通常通過引發劑用量來控制聚合物的相對分子質量。引發劑用量大，所產生的自由基量多，樹脂相對分子質量小。研究中，采用增加引發劑用量的方法來降低樹脂的相對分子質量，以達到降低體系黏度、增加樹脂極性的目的。
隨著引發劑用量的增加，樹脂的數均和質均相對分子質量均隨之下降，但是當引發劑用量增加到5% 后，樹脂的相對分子質量反而變大。這是因為引發劑在熱分解時容易發生誘導熱分解，其初級自由基容易奪取大分子鏈上的氫等原子或基團，進而在大分子鏈上引入支鏈，使聚合物相對分子質量分布變寬，而且這種奪氫能力隨著溫度的升高而增強，當溫度升高時，初級自由基參與接枝反應的幾率增加，樹脂的相對分子質量增大，相對分子質量分布變寬。綜合以上考慮，選擇引發劑的用量為整個單體體系質量的3%。
2.2 自制含羥基丙烯酸單體用量對樹脂黏度的影響
一般70% 的高固含量丙烯酸樹脂黏度很大，配制的涂料施工性較差，為了獲得高固低黏的樹脂，配方體系中常常要加入鏈轉移劑。自制含羥基丙烯酸單體中含有叔羰基結構，能夠降低樹脂的黏度，并且能夠給水性丙烯酸樹脂分子鏈上提供羥基，增加其親水性。
如果不加入該單體，合成樹脂的黏度很大；加入10% 該單體時，樹脂黏度有顯著下降；當其用量為20% 時，樹脂黏度大幅下降，水溶性佳，繼續加入該單體，對黏度下降作用不明顯，且提高了成本，因此，自制含羥基丙烯酸單體用量以20%為宜。
2.3 酸值對樹脂水溶性的影響
含有羧基單體并中和成鹽是實現丙烯酸樹脂水溶性的必要條件。一般羧基單體用量越多，丙烯酸樹脂越容易溶解于水，但羧基量太多，又會引起涂膜耐水性、耐堿性變差，所以，羧基的引入量還必須在滿足水溶性的前提下加以控制。
當體系酸值為15 mgKOH/g 時，樹脂水溶性差，需要長時間攪拌才能溶解在水中；當體系酸值為30~45 mgKOH/g 時，樹脂水溶性較好，但是溶解在水中有乳光；當體系酸值為60 mgKOH/g 時，樹脂完全水溶，溶液清澈透明。因此本試驗選擇體系酸值為60 mgKOH/g。
2.4 樹脂玻璃化溫度對漆膜性能的影響
隨著樹脂玻璃化溫度的降低，漆膜的耐沖擊性能得到改善，但樹脂玻璃化溫度過低，對漆膜硬度有所影響。綜合考慮，樹脂玻璃化溫度以-15℃為宜。
3 結語
合成了高固含量水性丙烯酸樹脂，并由其制得水性丙烯酸氨基烤漆，試驗結果表明：當引發劑用量為3%，自制含羥基丙烯酸單體用量為20%，樹脂酸值在60 mgKOH/g，玻璃化溫度為-15℃時，樹脂的親水性、漆膜的綜合性能最佳。
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