第
23卷第
3期
2002年
9月青 岛 化 工 学 院 学 报
JournalofQingdaoInstituteofChemicalTechnologyVol.23No.3
Sep.2002
文章编号
:1001-4764-(
2002)03-0020-03涂料用水溶性丙烯酸树脂的合成
唐林生1
,杨晶巍1
,陈恩平2
(
1.青岛化工学院化工与制药工程学院
,山东青岛
266042;2.沂源化肥厂
,山东淄博
256100)
摘 要
:考查了几种因素对丙烯酸树脂水溶性、树脂水溶液的粘度及粘度峰值现象的影
响。结果表明
:影响树脂水溶性的主要因素是
AA单体的用量和—
COOH的中和程度
;影
响树脂水溶液粘度的主要因素是分子量调节剂和助溶剂的种类及用量
;影响粘度峰值现
象的主要因素是
AA用量、—
COOH的中和程度和助溶剂的种类。
关键词
:水溶性丙烯酸树脂
;合成
;涂料
中图分类号
:
TQ630 文献标识码
:
A
SynthesisofWater-solubleAcrylicResinsforPaints
TANGLin-
sheng1
,
YANGJing-
wei1
,
CHENEn-
ping2
(
1.CollegeofChemicalEngineeringandPharmaceuticsEngineering,QingdaoInstituteofChemical
Technology,ShandongQingdao266042;2.YiyuanFactoryofFertilizers,ShandongZibo256100)
Abstract:
Theeffectsofvariousfactorsonthewater2
solubilityandviscosityofacrylic
resinswereinvestigated.
Thewater2
solubilityoftheresinsmainlydependsonthecon2
tentofAAintheresinsandtheextentofneutralizing—
COOH.
Theviscosityofthe
aqueoussolutionoftheresinmainlydependsondosagesandtypesofmolecularweight
modifiersandcosolvents.
The‘
viscosity2
peakphenomenon’
mainlydependsonthecon2
tentofAA,
theextentofneutralizing—
COOHandtypesofcosolvents.
Keywords:
water2
solubleacrylicresin;
synthesis;
paint
涂料的粘度对涂料的施工极为重要。水溶性
树脂的粘度往往过高
,且用水稀释时
,其粘度随固
含量的变化出现异常
,在固含量
30%附近出现峰
值(以下简称峰值现象)[1～4]
。因此
,用它作基料配
制的涂料
,施工性能不好
,不利于该类低污染涂料
的推广应用。水溶性丙烯酸涂料是最重要的水溶
性涂料之一。故本研究详细考查了各种因素对丙
烯酸树脂水溶性及粘度特性的影响。
1 实验方法
1.1 单体配方(见表
1)表
1 水溶性丙烯酸树脂的单体组成
Table1
Monomercompositionofwater2
solubleacrylicresins
单体规格质量分数%
甲基丙烯酸甲酯(
MMA)工业品
23.0～
29.0
丙烯酸丁酯(
BA)工业品
43.0～
47.0
苯乙烯(
St)工业品
10.0
丙烯酸(
AA)工业品
4.0～
8.0
丙烯酸羟乙酯(
HEA)工业品
7.5～
15.0
收稿日期
:20012
092
03
作者简介
:唐林生(
1962～)
,男
,研究员1.2 操作步骤
在装有搅拌器
,回流冷凝管
,温度计和滴液漏
斗的四口烧瓶中
,加入助溶剂和部分引发剂
,开动
搅拌并加热
;待温度升至
100℃时开始滴加单体
,
分子量调节剂和剩余的引发剂
,2.5
h滴完
;单体
滴加完毕后于
100～
110℃保温
4
h,之后降温至
40℃以下
,在充分搅拌下用氨水(除说明外)中和
至
pH=7.5～
8.5,用水稀释得产品。
1.3 产品的性能测定
单体转化率采用重量法测定
;粘度采用
NDJ2
1型旋转粘度计于
20～
25℃下测定。
2 结果与讨论
2.1 引发剂的影响
水溶性丙烯酸树脂的合成常用过氧化苯甲酰
和偶氮异丁氰作引发剂。实验发现
,过氧化苯甲酰
引发效果比偶氮异丁氰差
,在引发剂用量为单体
质量的
1.5%时
,前者单体转化率仅
65%,而后
者大于
95%。引发剂的添加方式对聚合的影响也
很大。当偶氮异丁氰全部加入助溶剂时
,引发效果
很差。单体的转化率仅
40%左右。当溶于单体中
和单体一起滴加时
,引发效果好
,单体的转化率大
于
95%。由于偶氮异丁氰在单体中的溶解度较
小
,故实验中将
1
3的引发剂加入助溶剂中
,剩余
的加入单体中。
2.2 分子量调节剂的影响
为了获得较低粘度的树脂水溶液
,一般加十
二烷基硫醇(
M1)和巯基乙醇(
M2)等含巯基的化
合物作为分子量调节剂。当助溶剂(乙二醇单丁醚
和异丙醇混合溶剂
,质量比为
2∶
1)
,AA和
HEA
用量分别为总单体质量的50.0%,8.0%和
12.
5
%时
,分子量调节剂对丙烯酸树脂水溶液粘
度的影响如图
1所示。
图
1结果表明
,巯基乙醇的效果较十二烷基
硫醇的好。当巯基乙醇的用量为总单体质量的
1.0%时
,浓度为
50%的树脂水溶液的粘度为
1000～
2000
mPa・
s,适合于制备涂料。实验结
果还表明
,分子量调节剂的种类和用量对树脂的
水溶性和粘度峰值现象没有明显的影响。w(树脂)
%
图
1 分子量调节剂对树脂水溶液粘度的影响
Fig.1
Effectofmolecularweightmodifiersontheviscosity
oftheaqueoussolutionofresins
□—
0.1%M2;■—
0.1%M1;◆—
0.5%M1;◇—
0.5%M2;
●—
0.8%M2;○—
1.0%M2
2.3 中和剂的影响
丙烯酸树脂是通过用胺(氨)中和—
COOH
实现水溶性化的。在巯基乙醇的用量为单体质量
的
1.0%,其它条件与以上相同时
,考查了中和剂
种类和中和程度的影响。实验发现
,中和剂种类对
树脂水溶液的粘度及粘度峰值现象的影响不十分
明显
,但中和程度影响较大
,当中和程度小于
80%时
,树脂水溶性变差
,粘度增大
,产生峰值现
象(见图
2)。
w(树脂)
%
图
2 中和剂种类与中和程度对树脂水溶液粘度的影响
Fig.2Effectof
thetypesandtheextentofneutralizingon
theviscosityoftheaqueoussolutionofresins
●—乙二胺
,100%;□—二甲基乙醇胺
,100%;○—氨水
,100%;
◇—氨水
,80%;◆—氨水
,60%
2.4 助溶剂的影响
考查了各种助溶剂对树脂水溶性和粘度特性
的影响。助溶剂对树脂水溶性的影响不大
,但对粘
度的影响很大。加入合适的助溶剂不仅能显著降
低溶液的粘度
,而且能消除粘度峰值现象。乙二醇12第
3期 唐林生等
:涂料用水溶性丙烯酸树脂的合成 单丁醚的助溶效果最好(见图
3)。
以乙二醇单丁醚和异丙醇的混合溶剂(质量
比为
2∶
1)为助溶剂
,考查了助溶剂用量的影响。
w(聚合物)
%
图
3 助溶剂种类对树脂水溶液粘度的影响
Fig.3
Effect
ofthetypesofcosolventsontheviscosityof
theaqueoussolutionof
resins
●
-乙二醇
;○
-乙醇
;◇
-丙二醇单甲醚
;■
-异丙醇
;□
-丙二醇单乙醚
;◆
-乙二醇单丁醚
结果表明,在实验范围内(
25%～
50%)
,助
溶剂对树脂的水溶性和粘度峰值现象无明显的影
响
,但对粘度的影响很大(见图
4)。
w(聚合物)%图
4 助溶剂用量对树脂水溶液粘度的影响
Fig.4
Effectofthedosageofcosolventsontheviscosityofthe
aqueoussolutionofresins
◇—
25%;◆—
35%;●—
45%;○—
50%;
助溶剂
:乙二醇单丁醚和异丙醇的混合溶剂(质量比
2∶
1)2.5
AA用量的影响
在上述条件下
,考查了
AA用量对丙烯酸树
脂水溶性和粘度特性的影响。结果表明
,当
AA用
量小于
6%时
,聚合物水溶性较差
,为
4%时几乎
不溶于水
,大于
6%时
,聚合物能溶于水。树脂水
溶液的粘度峰值现象与
AA用量有关。随着
AA
用量增加
,粘度峰值现象逐渐减弱
,当用量大于
8
%时
,峰值基本消失
,表明出现峰值是由于聚合物
的亲水性不足
,即水溶性差所致(见图
5)。
w(树脂)
%
图
5
AA用量对树脂水溶液粘度的影响
Fig.5
EffectofAAdosageontheviscosityoftheaqueous
solutionofresins
●—
4.0%;○—
6.0%;◇—
7.0%;■—
8.0%;□—
10.0%
3 结论
(
1)影响树脂水溶性的主要因素是
AA单体
的用量和—
COOH的中和程度。
(
2)影响树脂水溶液粘度的主要因素是分子
量调节剂和助溶剂的种类和用量。
(
3)影响粘度峰值现象的主要因素是
AA用
量、—
COOH的中和程度和助溶剂的种类。
参 考 文 献
[1] 洪啸吟
,冯汉保
.涂料化学
[M].北京
:科学出版社
,1997:
216～
218
[2] 涂料工艺编委会
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,
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554
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1985,(
5)
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胡涌东,朱永
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涂料工业
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6)
:1～
422 青 岛 化 工 学 院 学 报 第
23卷