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改性型丙烯酸树脂防腐蚀涂料的研制

信息来源:paintkey.com  时间:2010-05-26  浏览次数:361

  1前言
  近年来,随着人们环保意识的日益增强,水性涂料已成为涂料发展的重要方向和研究热点,欧美、日本等国家相继开发了性能各异的水性涂料。丙烯酸树脂具有很好的、耐紫外线性,及较好的耐酸、碱性等特点,其性能优良,用途广泛。然而将丙烯酸树脂涂料作为水性防腐蚀涂料开发出的品种较少,需要进一步更深入的开发研究。
  丙烯酸树脂若用其他树脂或单体接枝共聚或互穿网络聚合可以得到热固性树脂,本实验是通过自由基引发剂引发丙烯酸与苯乙烯接枝共聚,同时将亲水组分Epoxyresin和亲水基-羧基引入树脂,得到水性化改性型丙烯酸树脂乳液,实验还考察了改性型丙烯酸树脂乳液的成膜性能,探讨了有关颜填料、干燥温度、乳化剂、单体配方组成、引发剂等因素对涂料性能的影响。
  2实验部分
  2.1仪器与试剂
  仪器:带搅拌、滴液漏斗、冷凝管的常压反应装置,过滤、研磨设备,真空系统等。
  药品:环氧树脂E-44(工业纯,岳阳树脂厂),苯乙烯(化学纯,广州新港化工有限公司),甲基丙烯酸甲酯(分析纯,天津市大茂化学试剂厂),丙烯酸,丙烯酸乙酯,甲基丙烯酸丁酯(化学纯,广州新港化工有限公司),引发剂BPO(工业级),干性油(工业级),顺酐(工业级),LAS(化学纯,天津博迪化工有限公司),OP-10(化学纯,天津市大茂化学试剂厂),填料、防锈颜料及助剂。
  试剂处理:甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯用稀碱洗涤,除去阻聚剂,重新蒸馏。
  2.2聚合物的合成
  2.2.1共聚接枝反应
  将一定量(按配方)的乳化剂、水、苯乙烯、干性油、顺酐和单体混合物加入到250mL四口烧瓶中,加入适当溶剂至全部溶解,然后加入规定量的引发剂BPO,将温度升至650℃反应2~3h,得A溶液。
  2.2.2改性
  在250mL四口烧瓶中,加入乳化剂,水,A溶液、E-44搅拌升温至650℃,加入引发剂,然后缓慢加入单体混合物,约30min滴加完,再反应30min,升温至900℃,乳化30min得白色乳状液B。
  2.3涂料配制
  将白色乳状液B在高速分散机中加入分散剂,充分混合20~30min,最后加入各种防锈颜料,填料及助剂,研磨、过滤制得水性丙烯酸防腐蚀涂料。
  2.4性能测试
  性能测试结果见表1。


  改性型丙烯酸树脂防腐蚀涂料的研制
  3结果与讨论
  3.1共聚接枝改性原理
  苯乙烯在引发剂和适当温度条件下生成自由基,自由基与顺酐、丙烯酸及其酯(单体)发生聚合反应,同时顺酐也可与干性油中的不饱和键发生共轭加成,从而使共聚接枝物引入了亲水性基团—羧基,正因为亲水性羧基的存在,在后来环氧树脂改性接枝中而变得容易。由于没有酯基的存在,乳液可用碱中和,得到稳定的水性乳液。
  3.2环氧树脂的影响
  环氧树脂的品种和加入量直接影响涂料的附着力等物理性能,低分子量的环氧树脂活性大,得到树脂的透明度好,高分子量的环氧树脂活性低,不易改性,但其耐磨性较优。环氧树脂的用量要适中,加入量过少对聚苯乙烯(PS)和丙烯酸树脂改性效果不够,加入量过大,则可能在聚合反应后期出现乳液分层现象。从实验结果来看,环氧树脂的加入量为丙烯酸及其酯(单体)加入量的6%~18%。
  3.3单体组成对涂层性能的影响
  丙烯酸单体加入可以提高涂层的附着力、硬度和耐溶剂性,结构中还提供可与环氧基反应的官能团,但其加入量不宜过大,否则交联密度增大,涂层变脆,一般加入量以单体总量的2%~4%为宜。苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯为硬单体,主要作为增强涂层的硬度和附着力,甲基丙烯酸丁酯为软单体,可以改进涂层的柔韧性(冲击力),但软单体用量过大,会使乳胶粒子的粒径增大,变宽,成膜性能下降,成膜性能的下降必然会影响涂层的耐腐蚀性,实验表明,软硬单体的比例一般为1:2~3。具体配方组成见表2。


  改性型丙烯酸树脂防腐蚀涂料的研制
  3.4乳化剂的选择
  反应物中互溶性不大,需要用适当的乳化剂进行乳化才能得到稳定的乳液,均匀的乳液加速聚合反应的进行,减少胶粒粒径。乳化剂的用量不能过大,否则有可能发生乳化剂渗出涂层的现象,过少会影响乳化效果,因此选择效果较好的乳化剂及其用量对于实验的有很大的影响,实验表明,选择非离子和阴离子表面活性剂作混合乳化剂可达到很的乳化效果,一般地选择LAS:OP-10为1:0.5。
  3.5引发剂的影响
  引发剂的用量与选择对乳液聚合也有很大的影响,引发剂可以加快反应速度。环氧树脂可溶于丙烯酸酯类的单体,而不溶于丙烯酸树脂,所以当反应到一定程度时就会出现相分离的倾向,加快反应,相分离的可能性变小,引发剂还可能影响胶粒数及胶粒的粒径,一般地引发剂用量大,胶粒的粒径小,但若过量,反而加速凝聚现象的发生,使胶粒的粒径增大,实验中采用过氧化苯甲酰(BPO)作乳液聚合的引发剂,用量为单体量的0.3%~0.7%左右。
  4结语
  (1)用苯乙烯与丙烯酸接枝共聚,可增大涂层的附着力,同时可提高涂层的耐冲击性。苯乙烯可以利用回收的废聚苯乙烯得到,从而达到降低成本,并能保护环境。
  (2)顺酐参与接枝共聚,增加了乳胶液的水溶性。
  (3)环氧树脂改性的丙烯酸树脂不仅增强了其胶乳的水溶性,其所得的涂层的耐冲击性,防腐性能,耐磨性都有大的提高。
  (4)具有附着力好,防腐性能优良,应用于金属或混凝土的腐蚀防护。

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