淺談水性丙烯酸樹脂的改性方法
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發(fā)布日期：2021-05-31
水性丙烯酸涂料雖然具有顏色淺、透明性好、耐候性好以及耐高溫黃變性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在熱粘冷脆、透水性高、低分子乳化劑存在大大降低漆膜耐水性的缺點(diǎn)，為改進(jìn)水性丙烯存在固有的缺陷，上個世紀(jì)八十年代以來，人們就試圖對丙烯酸進(jìn)行各種改性，把各種材料的特長有機(jī)結(jié)合起來，大大提高漆膜的性能。改性的方法主要有化學(xué)的改性及物理的混拼，本文主要總結(jié)了水性丙烯酸樹脂的各種改性方法，希望對大家有點(diǎn)幫助。
1、環(huán)氧樹脂改性
環(huán)氧樹脂由于極性基團(tuán)多，成膜后表現(xiàn)出濕態(tài)附著力好、耐化學(xué)品性優(yōu)異、耐濕性、物理機(jī)械性能、絕緣性能、耐滲透性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，因此采用環(huán)氧樹脂改性丙烯酸樹脂可以大大改善丙烯酸的這些性能，在啤酒、罐頭等的內(nèi)壁涂料，汽車漆、工程機(jī)械等領(lǐng)域就有非常大的發(fā)展空間。
在丙烯酸中接入環(huán)氧鏈段可以通過接枝、酯化-共聚、酯化等方法達(dá)到目的。接枝法主要是通過奪氫反應(yīng)在環(huán)氧的活性氫上引入丙烯酸鏈段，一般引發(fā)劑采用BPO效果最好，因?yàn)锽PO奪氫能力比較強(qiáng)，添加量至少單體量的3%，另外，環(huán)氧樹脂的分子量越大，即每個分子的活潑氫數(shù)目越多，越容易接枝。酯化-共聚法：先利用環(huán)氧樹脂與含有活潑雙鍵的羧酸進(jìn)行開環(huán)酯化，然后再利用雙鍵與丙烯酸單體進(jìn)行共聚合，從而將環(huán)氧鏈段引入丙烯酸當(dāng)中。酯化法：利用丙烯酸樹脂中的羧基與環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基團(tuán)進(jìn)行開環(huán)酯化反應(yīng)，將環(huán)氧引入丙烯酸中。由于該反應(yīng)環(huán)氧為兩官樹脂，改性過程很容易發(fā)生膠化，因此要么減少環(huán)氧的量，要么先封閉其中一個環(huán)氧基團(tuán)，避免發(fā)生膠化。以上改性方法均有在大生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用，具體采用哪種改性方法要根據(jù)實(shí)際情況或者性能要求來決定。
2、聚氨酯改性丙烯酸樹脂
聚氨酯分子中含有大量的氨酯鍵、酯鍵、脲鍵，因此具有非常優(yōu)異的耐溶劑性、耐磨性、抗劃傷性及低溫柔韌性和彈性等優(yōu)點(diǎn)。很好彌補(bǔ)丙烯酸的缺點(diǎn)。目前，聚氨酯改性水性丙烯酸主要有物理混拼法，雙鍵共聚合，后交聯(lián)法。
（1）共混法：即pu乳液和丙烯酸乳液進(jìn)行物理混合，通過兩種材料的復(fù)配，達(dá)到性能最優(yōu)化。
（2）雙鍵共聚合法：首先多元醇與過量的異氰酸酯聚合，合成端-NCO基的預(yù)聚體，
然后采用帶羥基丙烯酸單體封端，得到含有活性雙鍵的聚氨酯分子，將該預(yù)聚體中和后分散在水中，然后開始滴加含有引發(fā)劑的（甲基）丙烯酸酯類單體聚合，得到聚氨酯聚氨酯改性的丙烯酸乳液（PUA乳液） ，該類型改性分子往往具有互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(LIPN)，互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分子中聚氨酯和丙烯酸各自分別形成微相區(qū)，微相區(qū)界面上存在廣泛的物理交聯(lián)，及兩者界面上存在三維的物理纏擾，因而該類型結(jié)構(gòu)的材料比兩者物理共混的性能明顯提高很多。
（3）后交聯(lián)法：現(xiàn)在在不含羥基的溶劑中，例如甲基異丁基酮，合成帶羥基水溶性丙烯酸樹脂，該步驟與合成溶劑型丙烯酸樹脂相似，然后滴加TDI或者IPDI等帶有異氰酸酯的單體與水性羥基丙烯酸樹脂反應(yīng)，進(jìn)行局部交聯(lián)，可以大大提高水性丙烯酸樹脂的性能
3、有機(jī)硅有機(jī)氟改性水性丙烯酸樹脂
有機(jī)硅、有機(jī)氟樹脂都具有良好的耐熱性、耐溫變性、耐老化性，而且漆膜表面張力低，水和其它污物不容易在上面附著，因此目前有機(jī)硅氟的研究是熱點(diǎn)之一。硅氟改性水性丙烯酸的方法有（1）通過帶活潑雙鍵的硅單體、氟單體與丙烯酸類單體共聚，通過在丙烯酸分子中引入有機(jī)硅、有機(jī)氟基團(tuán)，從而大大改善水性丙烯酸樹脂的耐溫性、耐候性及改善漆膜的表面能，使得產(chǎn)品更加耐污等特點(diǎn)。（2）通過縮合或縮聚反應(yīng)引入有機(jī)硅結(jié)構(gòu)，利用環(huán)狀的小分子有機(jī)硅單體，與含羥基的丙烯酸樹脂進(jìn)行開環(huán)縮聚反應(yīng)，將硅氧烷結(jié)構(gòu)引入到丙烯酸分子中。或者通過有機(jī)硅樹脂中的烷氧基硅氧烷與丙烯酸的羥基進(jìn)行縮合反應(yīng)，也可將硅氧烷結(jié)構(gòu)引入到丙烯酸分子中。（3）通過含硅氟的連轉(zhuǎn)移劑或者乳化劑，引入硅氟結(jié)構(gòu)。
4、乙烯基單體的改性
乙烯基單體主要有偏氟氯乙烯、叔碳酸乙烯酯、氯乙烯、醋酸乙烯酯等單體與丙烯酸單體進(jìn)行共聚合。該類型改性以在其他文章中有所介紹，再次不做贅言。
總之，水性丙烯酸樹脂有許多眾所周知的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在一些明顯的缺點(diǎn)，隨著人們對漆膜性能要求的不斷提高，例如，耐用性、抗污性、硬度、抗劃傷性等性能。各種改性方法也就應(yīng)運(yùn)而生，但是具體采用什么改性方法，什么改性工藝及反應(yīng)，要根據(jù)性能要求及反應(yīng)的可行性來選擇。
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