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水性丙烯酸树脂工艺与配方设计

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依据单体对涂膜性能的影响常可将单体进行如下分类,以方便应用。
单体名称
功能
甲基丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸乙酯
苯乙烯 丙烯睛
提高硬度,称之为硬单体。
丙烯酸乙酯 丙烯酸正丁酯 丙烯酸月桂酯 丙烯酸-2-乙基己酯 甲基丙烯酸月桂酯 甲基丙烯酸正辛酯
提高柔韧性,促进成膜, 称之为软单体。
丙烯酸-2-羟基乙酯 丙烯酸-2-羟基丙酯 甲基丙烯酸-2-羟基乙酯 甲基丙烯酸-2-羟基丙酯 甲基丙烯酸缩水甘油酯
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第二节 共聚物与共聚单体
丙烯酸类及甲基丙烯酸类单体是合成丙烯酸树脂的重要
单体。该类单体品种多,用途广,活性适中,可均聚也可与
其它许多单体共聚。
例如均聚物难满足成膜物要求:
PMMA:太脆,
聚丙烯酸丁酯:太软,粘,可做粘合剂,不宜作涂料
二者共聚物最常用,称为全丙涂料。
MMA:硬单体
BA:软单体
该类涂料具有色浅、保色、保光、耐候、耐腐蚀和耐污 染等优点,使用温度范围宽,已广泛应用于汽车、飞机、机 械、电子、家具、建筑、皮革涂饰、造纸、印染、木材加工、 工业塑料及日用品的涂饰。
近年来,国内外丙烯酸烯树脂涂料的发展很快,目前已 占涂料的1/3以上,因此,丙烯酸树脂在涂料成膜树脂中居 于重要地位。
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第三节 丙烯酸树脂的配方设计 丙烯酸树脂及其涂料应用范围很广,如可用于金属、 塑料及木材等基材。金属包括铁、铝、铜、锌、不锈钢等; 塑料包括PP、HDPE、PC、ABS、PVC、HIPS、PET等。 所涂饰的产品包括飞机、火车、汽车工程机械、家用电器、 五金制品、玩具、家具等,因此其配方设计是非常复杂的。 基本原则是 首先要针对不同基材和产品确定树脂剂型——溶剂型或水 剂型; 然后根据性能要求确定单体组成、玻璃化温度(Tg)、溶 剂组成、引发剂类型及用量和聚合工艺; 最终通过实验进行检验、修正,以确定最佳的产品工艺和 配方。其中单体的选择是配方设计的核心内容。
丙烯酰胺 N-羟甲基丙烯酰胺 N-丁氧甲基(甲基)丙烯酰胺 二丙酮丙烯酰胺(DAAM) 甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯(AAEM)
二乙烯基苯 乙烯基三甲氧基硅烷 乙烯基三乙氧基硅烷 乙烯基三异丙氧基硅烷 γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
引入官能团或交联点, 提高附着力,
称之为交联单体。
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丙烯酸与甲基丙烯酸的低级烷基酯 苯乙烯
第八章 丙烯酸树脂
第一节 概 述 第二节 丙烯酸(酯)及甲基丙烯酸(酯)单体 第三节 丙烯酸树脂的配方设计 第四节 溶剂型丙烯酸树脂 第五节 水性丙烯酸树脂
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第一节 概 述
以丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及苯乙烯等乙烯基类单体为 主要原料合成的共聚物称为丙烯酸树脂,以其为成膜基料的 涂料称作丙烯酸树脂涂料。
抗污染性
甲基丙烯己酯
耐水性
丙烯睛 甲基丙烯酸丁酯 甲基丙烯酸月桂酯
耐溶剂性
丙烯酸乙酯 丙烯酸正丁酯 丙烯酸-2-乙基己酯 甲基丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸丁酯
保光、保色性
丙烯酸
甲基丙烯酸
实现水溶性,增加附着
亚甲基丁二酸(衣康酸)
力,
苯乙烯磺酸
称之为水溶性单体、
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从组成上分,丙烯酸烯树脂包括: 丙全树脂、苯丙树脂、硅丙树脂、醋丙树脂、氟丙树脂、叔 丙(叔碳酸酯-丙烯酸酯)树脂等。
从涂料剂型上分,主要有:溶剂型涂料、水性涂料、高 固体组份涂料和粉末涂料。
其中水性丙烯酸烯树脂涂料的研制和应用始于50年代, 70年代初得到了迅速发展,与传统的溶剂型涂料相比,水 性涂料具有价格低、使用安全,节省资源和能源,减少环境 污染和公害等优点,因而已成为当前涂料工业发展的主要方 向之一。
如下图示意表示:
CH2 CH CH2 CH CH2 CH
O
O
O
C
CO
C
O
CH3 R1 C R3 O
CH3
R2
据推测,一个叔碳酸基团可以保护2—3个乙酸乙烯酯单元。叔碳 酸乙烯酯-醋酸乙烯酯共聚物乳液配制的乳胶漆,性价比很高,综合性 能不低于纯丙乳液;纯丙乳胶漆目前存在耐水解性、耐温变性较差等缺 点,与叔碳酸乙烯酯共聚,可以大大提高丙烯酸树脂的耐候性、耐碱性 等,不仅可以作为内墙涂料也可用作外墙涂料。
二者的共聚物的Tg可按加合性公式计算 1 W1 W2 Wn
Tg Tg1 Tg2
Tgn
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共聚目的: (1)改进树脂的Tg (2)调节树脂极性、溶解性、机械力学性能,如丙烯酸, 甲基丙烯酸可改进漆膜与底材的附着力; (3)引进官能团,用以和交联剂反应形成交联结构,主要 功能单体有:丙烯酸羟乙酯(羟丙酯),N-羟甲基丙烯酰胺, 引入-OH 丙烯酸,甲基丙烯酸,亚甲基丁二酸,引入-COOH 使共聚物成为水溶性,改进树脂附着力,与有关交联剂发生 反应。 所以,应共聚涂膜的使用要求,选择合适的单体对共聚物进 行分子设计并通过实验,研制符合要求的涂料用树脂。
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涂料用丙烯酸树脂也经常按其成膜特性分为:热塑性丙 烯酸树脂和热固性丙烯酸树脂。 热塑性丙烯酸树脂其成膜主要靠溶剂或分散介质(常为水) 挥发使大分子或大分子颗粒聚集融合成膜,成膜过程中没有 化学反应发生,为单组分体系,施工方便,但涂膜的耐溶剂 性较差; 热固性丙烯酸树脂也称为反应交联型树脂,其成膜过程中伴 有几个组分可反应基团的交联反应,因此涂膜具有网状结构, 因此其耐溶剂性、耐化学品性好,适合于制备防腐涂料。
乙烯基磺酸钠
表面活性单体。
AMPS
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由于叔碳酸乙烯酯上有三个支链,一个甲基,至少还有一个大于C4
的长链,因此空间位阻特别大,不仅自身单元难以水解,而且对于共聚物
大分子链上邻近的醋酸乙烯酯单元也有很强的屏蔽作用,使整体抗水解性、
耐碱性得到很大的改善,同时,正是由于此屏蔽作用,使叔碳酸乙烯酯共
聚物漆膜具有很好的抗氧化性及耐紫外线性能。叔碳酸基团的屏蔽作用可
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一、单体的选择 为方便应用,通常将聚合单体分为硬单体、软单体和
功能单体三大类。 甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(ST)、丙烯睛(AN)是 最常用的硬单体; 丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA) 为最常用的软单体。 长链的丙烯酸及甲基丙烯酸酯(如月桂酯、十八烷酯)具 有较好的耐醇性和耐水性。 功能性单体有含羟基的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯,含羧基 的单体有丙烯酸和甲基丙烯酸。羟基的引入可以为溶剂型 树脂提供与聚氨酯固化剂、氨基树脂交联用的官能团。
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