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水性羟基丙烯酸乳液的制备及在双组分水性聚氨酯涂料中的应用

来源:未知 作者:admin 时间:2019-09-28 点击:
导读:以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、苯乙烯(St)、丙烯酸正丁酯(n-BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸(AA)为主单体,以过硫酸铵(APS)为引发剂,十二烷基二苯醚二磺酸为乳化剂,碳酸氢钠为缓冲剂,通过半连续乳液聚合工艺合成了双组分水性聚氨酯涂料用丙烯酸乳液。探究了
水性羟基丙烯酸乳液的制备及在双组分水性聚氨酯涂料中的应用
李 虎1,2,雷 鸣2,湛辅城2,范 晔2
(1.山东诺虎涂料有限公司,济南 250103;2.武汉双虎涂料有限公司,武汉 430070)

0 前 言
随着各国环保法规的日益健全和环保意识的增强,传统溶剂型双组分聚氨酯涂料因含有较高挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOC)和有害的空气污染物,而越来越受到严格的限制。水性涂料是以水为分散介质,具有不燃、无毒、环境友好等优点,成为涂料行业的发展趋势之一。水性双组分聚氨酯涂料具有较低的VOC,优异的保光保色性,不易变色失光,耐候性佳,同时具有较好的耐磨性、耐化学品性,日益成为涂料行业研究的重点。
双组分水性聚氨酯涂料由含羟基树脂和多异氰酸酯预聚物两组分组成,涂装后—OH和多异氰酸酯的—NCO在常温下交联固化,形成具有立体网络结构的交联涂膜[3]。由于羟基树脂具有聚合物结构可调,乳液粒子具有可设计性且还可赋予多种功能,是双组分水性聚氨酯涂料的重要影响因素,并且还影响着固化剂在水相的分散稳定性、成膜过程中的扩散与交联以及涂膜的最终性能。
通过乳液聚合制备的水性羟基丙烯酸乳液具有较高的分子量和玻璃化转变温度,在化学交联反应开始前就能够迅速完成物理干燥,并且在水相中进行,成本较低,成为羟基树脂研究的热点。刘胜普[5]等通过两步法,由乳液聚合制备的具有核壳结构水性羟基丙烯酸乳液,分别采用两种不同的油溶性引发剂制备核聚合物乳液和壳聚合物乳液。但在制备过程中油溶性引发剂与水不相容,容易导致反应初始瞬间凝胶率上升,乳液颗粒变大,对多异氰酸酯固化剂的分散性能差,活化期短。此方法制备的水性羟基丙烯酸乳液,羟基含量较低,导致涂膜交联密度不够,且树脂分子链上的羟基不能有效地均匀分布,包含在粒子内部的—OH基团不能和固化剂的—NCO基团进行有效反应,增大了交联过程中副反应程度,使涂膜容易出现气泡、光泽度低等缺陷,也影响了涂膜的外观和机械性能等。
针对上述问题,本研究以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和丙烯酸(AA)、苯乙烯(St)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为主要原料,同时采用半连续乳液聚合工艺,优化反应条件,制备一系列高羟值水性丙烯酸乳液。该乳液具有工艺简单、稳定性较佳等特点,并且在成膜时可进行交联,形成三维网状结构,可以提高乳液的内聚强度,增强涂膜致密性,改善涂膜耐溶剂性,从而满足双组分聚氨酯涂料的使用要求。

1 实验部分
1.1 实验原料
甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸正丁酯(n-BA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、苯乙烯(St)、二丙二醇甲醚(DPM)、丙二醇二乙酸酯(PGDA):工业级,上海东胜化工有限公司;碳酸氢钠、过硫酸铵(APS):分析纯,上海泰坦科技股份有限公司;N ,N –二甲基乙醇胺(DMEA):分析纯,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;润湿剂(Tego4100)、Wet270、消泡剂(Tego902w):工业级,南京嘉中化工科技有限公司;金红石型钛白粉(R299):工业级,南京钛白化工有限责任公司;固化剂MX-3095:工业级,中山市鑫美星新材料有限公司;去离子水:实验室自制。
1.2 实验仪器(见表1)
实验仪器
1.3 羟基丙烯酸乳液的合成
1.3.1 羟基丙烯酸乳液的合成机理(见图1)
羟基丙烯酸乳液合成机理
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