２００５年６月 水性丙烯酸村脂的制备 ７１
水性丙烯酸树脂的制备
孟江燕 肖慧萍 张玉彬 吴小娟
（南昌航空工业学院材料科学与工程系，江西南昌３３００３４）
摘 要：本实验采用溶液聚合法，以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯和丙
烯酸为单体，以正丁醇和水为环保溶剂，过氧化苯甲酰为热引发剂，制得了水性丙烯酸树
脂。并改变其中不同组分多次重复实验，得到了不同的试样。进行成膜实验，分别比较其
粘度及成膜效果等方面的差异，研究其中各组分对反应的影响，从而得到较理想的配方。
关键词：水性丙烯酸树脂单体 配方
制备水性涂料用的水溶性丙烯酸树脂有两种方
法：［１ ］丙烯酸酯在溶液中共聚成粘稠状的聚丙烯酸
酯，然后部分醇解；丙烯酸酯和含有不饱和双键的羧
基、羟基、氨基、酰胺基等单体（如甲基丙烯酸、丙烯酸、
顺丁烯二酸酐等）在溶液中共聚成酸性聚合物；加胺中
和成盐而获得水溶性，然后加水稀释得到水溶性丙烯
酸树脂。这种合成方法最常用。此外树脂侧链上还可 通过选用适当单体以引入一ＯＨ羟基、一ＣＯＮＨ２酰氨基 或一０一醚键等亲水基团，以增加树脂的水溶性。中和 成盐的丙烯酸树脂能溶于水，但其水溶性并不理想，常 常形成乳浊状的液体或黏度很高的溶液，所以必须加 入一定比例的亲水性助溶剂来增加树脂的水溶性。 １．实验部分 １．１主要药品及设备 １．１．１．主要药品 甲基丙烯酸甲酯，分析纯；丙烯酸丁酯，分析纯；丙 烯酸羟乙酯，化学纯；丙烯酸，分析纯；正丁醇，分析纯； 过氧化苯甲酰，分析纯；２９％氨水，化学纯；氯化亚铜，化 学纯；无水硫酸钠，化学纯；氢氧化钠，化学纯；乙醚，分 析纯；醇胺。化学纯。 １．１、２实验仪器 ２５０ｍＩ三口瓶，分液漏斗，滴液漏斗，球形冷凝管， 真空泵。 １．２水溶性丙烯酸树脂的合成 １．２．１药品的提纯 甲基丙烯酸甲酯的提纯：在分液漏斗中加入甲基 丙烯酸甲酯２０ｍＬ，然后加入等量的１０％的ＮａＯＨ溶液 按常规方法洗涤至液体无色为止。然后用去离子水洗 至中性。加入适量无水硫酸钠吸水静置后，过滤。将 三口瓶、搅拌器、球形冷凝管、温度计、真空泵组装起 来。将洗净的单体置于三口瓶中，加入氯化亚铜０．１ｇ。 开泵抽真空。加热搅拌，收集４０￣Ｃ～４１￣Ｃ的馏分得到纯 净的甲基丙烯酸甲酯。 丙烯酸羟乙酯的提纯：用上述方法减压蒸馏得纯 净的丙烯酸羟乙酯。 丙烯酸丁酯的提纯：用１０％的ＮａＯＨ清洗获得纯净
的丙烯酸丁酯。
丙烯酸的提纯：减压蒸馏得纯净的丙烯酸。
１．２．２聚合过程
将经提纯的适量甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、
丙烯酸丁酯和丙烯酸混合，加入少量过氧化苯甲酰，搅
拌均匀得到组分１，装入滴液漏斗；将正丁醇加入三口
瓶中，搅拌，加热，升温至大约１０８￣Ｃ时，溶剂开始回流．
保持恒温１１０￣Ｃ左右，开始缓慢滴加组分１，３小时均匀
滴加完毕。滴加完毕后，在回流温度下继续反应３小时
后，降温到７５℃左右，进行减压蒸馏，脱除回收部分溶
剂和未反应的单体。使共聚物组成单体含量＞８０％，得
到粘稠状液体。保温７０—８０￣Ｃ加入适量蒸馏水稀释，
用２９％的氨水调节ｐＨ＝７—７．５。补充适量蒸馏水，得
到透明的水性丙烯酸树脂。将其均匀涂刷于有机玻璃
板表面，分别放人真空烘箱中和在常温下各二份干燥，
观测其成膜效果。
分别采用不同的丙烯酸用量，不同的中和剂，采用
乙醚作溶剂重复上述聚合过程，将得到的水性丙烯酸
树脂成膜比较。
２．结果及讨论
２．１丙烯酸用量对树脂水溶性的影响
方面，必须均匀地加入足够量的一Ｃ００Ｈ而获得
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７２ 江西化工 ２００５年第２期
水溶性；另一方面，－ＣＯＯＨ的引入量也直接影响涂层 的性能。所以，－ＣＯＯＨ的引入量必须在满足水溶性的 前提下加以控制。以下是不同的从用量对树脂水溶 性的影响： 表１ 丙烯酸用量对树脂水溶性的影响 从（质量％） 树脂的水溶性 ｌ５ ｌ１ ８ ５ 树脂透明均一，对水无限稀释 树脂透明均一，对水无限稀释 树脂可用水稀释，但出现乳光 树脂半透明，稀释有絮状物 ２．２中和剂的影响 为了实现树脂的水溶性，高分子链中应引入一 ＣＯＯＨ、一０Ｈ等亲水基团，并通过氨类中和高分子链中 的一Ｃ００Ｈ，使树脂达到水溶性的效果。氨水的用量对 所配涂料的粘度有很大的影响。实验中增加氨水的用 量，随着中和度的增加，亲水链段数量增多，使得涂料 体系的粘度增大。且实验发现，单纯用氨水中和，虽说 经济可行，但对树脂的长久储存不利。氨水极易挥发， 导致体系值下降，而氨基树脂的稳定条件是 在７以 上，所以用氨水中和后不宜久放，否则将导致树脂粘度 增加乃至结块。而采用氨水和醇胺混合碱作为中和 剂，效果很好。 ２．３不同溶剂的影响 水性丙烯酸树脂合成过程中常采用少量的有机溶 剂，要求可挥发有机物含量少于１０％，一般选用亲水性 醇醚及小分子醇有机溶剂，它们对配制涂料的粘度有 较大的影响。实验考察了不同的溶剂对涂料粘度的影
响。发现当使用乙醚作溶剂时，树脂需要在较低的中
和度范围才能得到粘度适中的涂料。其中的原因可能
是两种溶剂的链转移系数不同，使相同的配方所得的
丙烯酸树脂的分子量有较大的差别，从而影响了相应
涂料的粘度。也可能是乙醚对所制备树脂的溶解性更
好，使涂料中树脂聚集体较丁醇体系松散，从而乙醚体
系有较大的粘度。
２．４水性丙烯酸树脂成膜过程中的问题及解决方法
水溶性丙烯酸树脂烘干成膜时气泡问题比较严
重，特别是涂层比较厚时。其原因相当复杂，一般是由
于涂层上部水挥发后粘度迅速上升，下层水不易挥发
出去，温度升高时便可突发性的气化形成气泡冒出并
在表面被稳定和截流。笔者认为可以采取延长进烘箱
前干燥的时间、控制漆膜厚度、涂刷前静置、选择挥发
比较慢的共溶剂、控制好氨的挥发速度等措施来改善。
该合成方法制备水性丙烯酸树脂所采用的溶剂不
含有毒性，该树脂是环保型的树脂。另外，该合成方法
制备的水性丙烯酸树脂采用的均为常用的丙烯酸及其
酯类，成本低。因此，该法制备的水性丙烯酸树脂为低
成本环保型的，将有很广泛的使用价值。
参考文献
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ａｌｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｍｏｎｏｍｅｒｓ，ｎ—ｂｕｔａｎｏｌ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ａｓ ｓｏｌｖｅｎｔ，ａｎｄ ＢＰＯ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｔｏｒ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｓ ｒｅｐｅａｔｅｄ￣ｖｅｒａｌ ｔｉｍｅｓ ｕｓｉｎｇ
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ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｏｎｏｍｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ，ｔｈｅ ｉｄｅａｌ ｌｂｒｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｃｉｄｅｄ．
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