浅谈高固含量水性丙烯酸树脂的合成及制备【干货】
作者：常州斯赛新材料
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发布日期：2021-08-13
近年来，随着人们环保意识的不断增强，以及许多国家相继颁布了控制挥发性有机化合物（VOC）含量的环保法规，研究和开发环境友好型涂料及涂装技术、降低涂料生产及施工过程中的VOC 排放，已成为涂料和树脂的研发热点，高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料、辐射固化涂料得到越来越广泛的重视。
1 试验部分
1.1 原材料
甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、苯乙烯、N- 甲基二乙醇胺（DEMA）、过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB）、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚，工业级，市售；含羟基丙烯酸单体，自制；氨基树脂5747，三木集团。
1.2 水性丙烯酸树脂的合成
在装有搅拌器、冷凝器、温度计和恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入定量的水溶性乙二醇丁醚和丙二醇甲醚，升温至回流后，再滴加溶解有引发剂的定量的丙烯酸单体混合物，约4~5 h 滴加完毕。保持温度，继续反应2 h 左右，再补加3 份引发剂后，制得略带浅黄色的透明黏稠液体，降温至60℃左右，加入定量的胺中和剂，中和体系中酸值的90%，继续搅拌0.5 h，以滴加的方式将定量的水加入到体系中，制得固含量为70% 的水性丙烯酸树脂。
1.3 涂料配制
将所得的水性丙烯酸树脂和各种颜填料按比例投入配漆罐中，在砂磨机中研磨至细度达20 μm 后，过滤，制得树脂浆，再加入定量的氨基树脂、水等配制成水性丙烯酸氨基烤漆。
2 结果与讨论
2.1 引发剂用量对树脂相对分子质量及其分布的影响
自由基聚合丙烯酸树脂通常通过引发剂用量来控制聚合物的相对分子质量。引发剂用量大，所产生的自由基量多，树脂相对分子质量小。研究中，采用增加引发剂用量的方法来降低树脂的相对分子质量，以达到降低体系黏度、增加树脂极性的目的。
随着引发剂用量的增加，树脂的数均和质均相对分子质量均随之下降，但是当引发剂用量增加到5% 后，树脂的相对分子质量反而变大。这是因为引发剂在热分解时容易发生诱导热分解，其初级自由基容易夺取大分子链上的氢等原子或基团，进而在大分子链上引入支链，使聚合物相对分子质量分布变宽，而且这种夺氢能力随着温度的升高而增强，当温度升高时，初级自由基参与接枝反应的几率增加，树脂的相对分子质量增大，相对分子质量分布变宽。综合以上考虑，选择引发剂的用量为整个单体体系质量的3%。
2.2 自制含羟基丙烯酸单体用量对树脂黏度的影响
一般70% 的高固含量丙烯酸树脂黏度很大，配制的涂料施工性较差，为了获得高固低黏的树脂，配方体系中常常要加入链转移剂。自制含羟基丙烯酸单体中含有叔羰基结构，能够降低树脂的黏度，并且能够给水性丙烯酸树脂分子链上提供羟基，增加其亲水性。
如果不加入该单体，合成树脂的黏度很大；加入10% 该单体时，树脂黏度有显著下降；当其用量为20% 时，树脂黏度大幅下降，水溶性佳，继续加入该单体，对黏度下降作用不明显，且提高了成本，因此，自制含羟基丙烯酸单体用量以20%为宜。
2.3 酸值对树脂水溶性的影响
含有羧基单体并中和成盐是实现丙烯酸树脂水溶性的必要条件。一般羧基单体用量越多，丙烯酸树脂越容易溶解于水，但羧基量太多，又会引起涂膜耐水性、耐碱性变差，所以，羧基的引入量还必须在满足水溶性的前提下加以控制。
当体系酸值为15 mgKOH/g 时，树脂水溶性差，需要长时间搅拌才能溶解在水中；当体系酸值为30~45 mgKOH/g 时，树脂水溶性较好，但是溶解在水中有乳光；当体系酸值为60 mgKOH/g 时，树脂完全水溶，溶液清澈透明。因此本试验选择体系酸值为60 mgKOH/g。
2.4 树脂玻璃化温度对漆膜性能的影响
随着树脂玻璃化温度的降低，漆膜的耐冲击性能得到改善，但树脂玻璃化温度过低，对漆膜硬度有所影响。综合考虑，树脂玻璃化温度以-15℃为宜。
3 结语
合成了高固含量水性丙烯酸树脂，并由其制得水性丙烯酸氨基烤漆，试验结果表明：当引发剂用量为3%，自制含羟基丙烯酸单体用量为20%，树脂酸值在60 mgKOH/g，玻璃化温度为-15℃时，树脂的亲水性、漆膜的综合性能最佳。
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