羥基丙烯酸樹脂屬于水性聚氨酯的分支類。隨著常規(guī)乳液的制備技術進展,微乳液聚合、核殼乳液聚合、無皂乳液聚合等新型乳液聚合技術在研制羥基丙烯酸乳液時也得以應用。
1、微乳液聚合
采用微乳液聚合技術制備的乳液,其乳液粒徑小,表面張力低,且具有良好的滲透性、潤濕性、流平性和流變性。對于羥基丙烯酸微乳液來說,除了具備上述優(yōu)點外,它還容易與水性異氰酸酯交聯(lián)固化,從而提高涂膜的硬度、致密性及光澤等性能。與常規(guī)乳液相比,在制備羥基丙烯酸乳液時,需要使用大量親水性的含羥基丙烯酸單體。該類單體易于在水中自聚形成凝膠物,若采用微乳液聚合技術,在聚合過程中容易產生凝聚物,并且貯存穩(wěn)定性差,甚至導致破乳膠化。因而,如何有效減少凝聚物的產生,并使之貯存穩(wěn)定是制備羥基丙烯酸微乳液的技術關鍵。
周新華等在應用微乳液聚合技術研制羥基丙烯酸微乳液時,認為體系的HLB值(親水親油平衡值)在聚合過程中是不斷變化的,若采用常規(guī)乳液的聚合工藝,無法制得粒徑較小的乳液,他通過復配乳化劑,將金底復合乳化劑的HLB值控制在,滴加預乳化液的HLB值設定為,且補加的乳化劑質量占總乳化劑質量的60%,成功制得粒徑小于110nm的羥基丙烯酸微乳液,且常溫下貯存1a以上無沉淀現(xiàn)象。王云普等也通過使用復合型的乳化劑,成功解決了微乳液在乳液聚合及貯存過程中穩(wěn)定性差的技術難題。他認為在體系中引入非離子型乳化劑,增加了乳液粒子表面的陰離子乳化劑間的距離,因而增大了陰離子乳化劑在乳液粒子表面的吸附牢度,從而減少了聚合過程中凝聚物的產生,提高了羥基丙烯酸微乳液的穩(wěn)定性。
核殼乳液聚合
采用核殼乳液聚合技術可在不改變單體組成的前提下改變乳液粒子的結構,使乳液粒子的內部和外部分別富集不同的單體組分,乳液在成膜過程中呈現(xiàn)出一些特殊功能,如軟殼硬核結構,可以使粒子之間容易擠壓融合,形成均勻致密的涂膜,使其具有良好的施工成膜性,降低了涂料體系的VOC(揮發(fā)性有機化合物)含量。對羥基丙烯酸乳液來說,還可將含羥基單體在殼聚合階段加入聚合,使交聯(lián)官能團主要分布于乳液粒子的表面,從而易與水性異氰酸酯固化劑接觸并交聯(lián)固化,提高涂膜的交聯(lián)密度和水性異氰酸酯固化劑的使用效率。
萬濤、閆福安等、殷武等均以復配的陰離子型和非離子型乳化劑預乳化混合單體,采用種子乳液聚合工藝,分段滴加不同組成的丙烯酸單體預乳化液,制得具有核殼結構的羥基丙烯酸乳液。萬濤運用DSC(差示掃描量熱法)譜圖對具有不同結構類型的羥基丙烯酸乳液與水性異氰酸酯交聯(lián)反應的放熱量進行了測試和分析,發(fā)現(xiàn)核殼型羥基乳液交聯(lián)反應的放熱量明顯高于非核殼型羥基乳液,據(jù)此證實了具有核殼結構的羥基乳液中羥基的活性和反應完成程度要好于常規(guī)型羥基乳液。而閆福安等研究發(fā)現(xiàn),殼層結構中羥基單體的高用量不能超過殼層單體總量的20%,否則會影響羥基丙烯酸乳液的穩(wěn)定性,同時他運用IR(紅外光譜)和TEM(透射電子顯微鏡)等多種技術手段對制得的羥基乳液和涂膜進行結構表征,證實了研制的羥基丙烯酸乳液存在核殼結構,但核層與殼層間并沒有的分界線,兩結構層中存在明顯的過渡層。殷武還在殼層中引入了環(huán)氧基團,進一步提高涂膜的性能。
許飛等采用了的合成技術來制備核殼型羥基丙烯酸乳液。首先通過溶液聚合制得含有親水基團的聚合物,經中和乳化后得到水性羥基丙烯酸分散體。以此分散體作為大分子乳化劑,在該體系中繼續(xù)滴加單體進行乳液聚合,最終制得具有核殼結構的羥基丙烯酸乳液。他利用動態(tài)光散射(DLS)對聚合過程中的乳液粒徑進行了跟蹤分析,發(fā)現(xiàn)步制得的水分散體的平均粒徑為
,且粒徑呈單分散,分布均勻,第二步合成后制得的乳液粒徑增加至122nm,粒徑分布仍呈單分散,證實了所制備的羥基丙烯酸乳液具備核殼結構。
無皂乳液聚合
無皂乳液的乳液粒子通過結合在聚合物鏈上的離子基團、親水基團等得以穩(wěn)定,消除了小分子乳化劑在涂膜中吸水、滲出等不良影響,使涂膜具有良好的附著力、耐水性和耐溶劑性。常見的無皂聚合技術是使用具有乳化功能的丙烯酸單體替代常規(guī)的小分子乳化劑,如殷武等優(yōu)選了不同類型的具有乳化功能的丙烯酸單體。研究發(fā)現(xiàn):甲基丙烯酰胺異丙基磺酸鈉(AMPS)具有良好的乳化功能,經乳化劑用量條件試驗后發(fā)現(xiàn):當其用量小于單體總量的%時,乳化效果差,乳液外觀發(fā)白,乳液粒徑大,聚合不穩(wěn)定,凝聚物較多;當其用量大于%時,羥基丙烯酸乳液的外觀較好,但在聚合后期體系的黏度太大,不易攪拌均勻,制得乳液的凝聚物較多;其適宜用量為單體總量的%~%,所制備的無皂羥基丙烯酸乳液與水性異氰酸酯固化劑和氨基樹脂固化后的涂膜均具有良好性能。
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