不同单体对丙烯酸树脂水分散体的耐水性能影响研究

2020-07-28

0 引言

水性涂料中应用最多的是丙烯酸酯类。其形成的涂膜在使用中显示出以下优良性能: 防腐、耐碱、耐水、成膜性好、保色性佳、低污染等,并且容易配成施工性良好的涂料,涂装工作环境好,使用安全。在防腐、内外墙、木器、纸品、路标等方面广泛应用。

丙烯酸树脂因为其合成单体的种类繁多,在树脂的配方设计方面自由度很大,可以根据不同的应用以及性能需求设计不同的单体种类和配比。行业内对水性丙烯酸树脂的分类大体可以分为水溶型(水可稀释型)、乳液型和水分散体型3 大类。但从严格意义上讲,行业内俗称的水溶性树脂也是丙烯酸树脂聚集体在水中形成的分散体(0.010.1 μm,属于胶体范畴。但是由于该分散体微粒极细,外观呈透明状,所以称之为水溶型,以便于与水分散体型进行区分。由于丙烯酸树脂水分散体的相对分子质量较低,对水性固化剂有着良好的分散性和相容性,由其制备的涂料涂膜光泽度和丰满度较好,目前该类树脂制备的涂料应用比较多的市场在汽车、工程机械和木器涂料等领域。由于耐水性能是该类树脂涂料的重要应用指标,本研究主要通过实验和实际应用情况探讨不同的单体和配方对于涂层耐水性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原材料

见表1

1.2 配方与工艺

1.2.1 基础配方

树脂合成的基础配方见表2

1.2.2 合成工艺

将溶剂加入带有回流冷凝管、机械搅拌器、恒压滴液漏斗和温度计的四口烧瓶中,开动搅拌,升温使其回流。接着将全部单体、引发剂等原料回合均匀,取其中的20%加入反应瓶,保温0.5 h。然后滴加剩余部分单体液,大约3.54 h 滴完,滴完后保温23 h。保温结束后降温到60 ℃左右, 在充分搅拌下用二甲基乙醇胺中和,在高剪切速度下加入去离子水,即可得到丙烯酸树脂水分散体。

1.2.3 面漆的制备

将上述制得的丙烯酸树脂水分散体配制成黑色面漆,用于性能测试。制漆配方见表3

1.2.4 试板的制备

根据水性丙烯酸树脂标准HG/T 47582014 中的5.3 进行底材的处理和试板的制备,常温干燥,待样板实干后进行性能检测。

1.2.5 检测标准

漆膜状态依GB/T 17271992 干性依GB/T17281979;耐水性依GB/T 17331993

1.3 对比实验

实验中就影响较为重要的甲基丙烯酸甲酯(MMA)、苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)等单体,分别通过不同质量份的对比实验得到水分散体树脂,再将树脂配制成丙烯酸面漆,探究其对漆膜表干时间、耐水性能等指标的影响。实验结果如表4~表6

2 结论与比较

2.1 甲基丙烯酸甲酯(MMA)不同比例的影响

如表4 所示, 当甲基丙烯酸甲酯用量较少时,漆膜容易发白且会起泡。随着其用量的不断增加,发白和起泡的现象慢慢减少;但若用量增加过多时,容易造成最终的漆膜较脆、易裂且机械强度和附着力下降。造成以上现象的主要原因在于甲基丙烯酸甲酯的化学结构。甲基作为丙烯酸酯主链的侧基,不仅具有疏水性,还具有空间位阻作用,使得大量的甲基能有效地阻隔水从而减少酯键的水解作用,所以当其用量增加时,能够减少漆膜的发白和起泡。但甲基丙烯酸甲酯作为硬单体, 用量过多会造成漆膜硬度过高、漆膜太脆,从而造成附着力和机械性能的下降。实验证明,当甲基丙烯酸甲酯的用量为35%40%时,漆膜的性能较好。

2.2 苯乙烯(St)不同比例的影响

如表5 所示,当苯乙烯用量较少时,漆膜会发白,但并未显示起泡。随着苯乙烯含量的增加,发白现象会减少,但当其含量过多时,漆膜会出现起皱的现象。主要原因是苯乙烯中含有苯环结构,树脂中一定量的苯环结构具有一定的硬度和疏水性,使得漆膜不易起泡;但当苯乙烯含量过高时,过多的苯环结构和大量的C-C 键、C-H 键, 导致漆膜过硬以及透气性差,最终会导致漆膜容易起皱。试验证明,当苯乙烯用量在20%25%时,漆膜性能较好。

2.3 丙烯酸丁酯(BA)不同比例的影响

如表6 所示,由于丙烯酸丁酯属于软单体,较长的碳链结构具有较好的柔软性,存在一定量时不会造成漆膜的起泡、起皱等现象。但当增加到一定量时,漆膜太软,出现回粘现象,并且也不易干燥。试验证明,当丙烯酸丁酯含量在16%20%时,漆膜性能较好。

3 结语

本研究通过对丙烯酸树脂水分散体的几种主要合成单体的使用量进行不同比例的实验,观察不同类型单体以及单体不同量对涂料漆膜产生的影响。丙烯酸树脂水分散体作为溶剂型双组份丙烯酸树脂的替代产品,仍然需要进一步的技术革新,以提高漆膜的各项性能。目前该类树脂涂料在工程机械和木器涂料等领域已有了一定的应用,但与实际市场需求之间还存在一定的差距。

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