I 水性涂料用丙烯酸树脂的制备
摘 要
与传统的溶剂型涂料相比，水性涂料具有价格低、使用安全，节省资源和能源，减少环境污染和公害等优点，因而已成为当前发展涂料工业的主要方向。水性丙烯酸烯树脂涂料是水性涂料中发展最快、品种最多的无污染型涂料。
本实验采用溶液聚合法，以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）和丙烯酸（AA）为单体，以正丁醇为溶剂，过氧化苯甲酰（BPO）为热引发剂，制得了水性丙烯酸树脂。分析了反应温度、时间，单体、引发剂和中和剂用量对水性丙烯酸树脂性能的影响。结果表明合成水性丙烯酸树脂的最佳工艺条件为：丙烯酸AA为单体总摩尔质量的12.5%，甲基丙烯酸甲酯（MMA）:丙烯酸丁酯（BA）为1:1，引发剂用量为单体总摩尔质量的0.5%，反应温度为100℃，反应时间为3h，中和度为90%。 关键词：丙烯酸树脂，单体，涂料，溶液聚合，合成
II The Preparation of Water-based Coating with Acrylic Resin
ABSTRACT
Compared with the traditional solvent coating, coating with low price The use of safe, save resources and energy, reduce environmental pollution and pollution etc, and thus has become the current development of coating industry the main direction of water-borne acrylic PVC resin paint is water-based coating the fastest growing most varieties in no polluting coatings.
This experiment by solution polymerization, with methyl methacrylate （MMA）, butyl acrylate （BA） and acrylic acid （AA） as the monomer, with butyl alcohol as the solvent and benzoyl peroxide （BPO） as the thermal initiator, with water based acrylic resin.Analyzed the reaction temperature, time, monomer initiator and neutralizing agent dosage on the properties of water-based acrylic resin. The results showed that the best process conditions for synthesis of waterborne acrylic resin: Acrylic AA 12.5% of the total molar mass of monomer, methyl methacrylate （MMA）, butyl acrylate （BA） as 1:1, initiator dosage is 0.5% of the total molar mass of monomer, reaction temperature of 100, the reaction time is 3 h, neutralization degree of 90%.
KEYWORDS：acrylic resin，monomer，coating，solution polymerization，synthesis
III 目 录
摘要 ............................................................................................................................................. I ABSTRACT .............................................................................................................................. II 1 绪论 ........................................................................................................................................ 1
1.1 水性涂料 ...................................................................................................................... 1 1.2 水性丙烯酸树脂简介 .................................................................................................. 2
1.2.1 水性丙烯酸树脂的概念 .................................................................................... 2 1.2.2 水性丙烯酸树脂的特点 .................................................................................... 3 1.2.3 水性丙烯酸树脂的分类 .................................................................................... 3 1.3 水性丙烯酸树脂的主要合成方法 .............................................................................. 5 1.4 水性涂料用丙烯酸树脂的研究现状 .......................................................................... 6 1.5 水性丙烯酸树脂反应机理 .......................................................................................... 8
1.5.1 水性丙烯酸树脂的聚合机理 ............................................................................ 8 1.5.2 丙烯酸树脂水性化方法 .................................................................................. 10 1.6 丙烯酸树脂的运用 .................................................................................................... 11 1.7 本课题研究的目的意义及内容 ................................................................................ 11 2 实验部分 .............................................................................................................................. 13
2.1 实验药品及仪器 ........................................................................................................ 13
2.1.1 实验药品 .......................................................................................................... 13 2.1.2 实验仪器 .......................................................................................................... 13 2.1.3 实验装置 .......................................................................................................... 13 2.2 树脂的合成反应原理 ................................................................................................ 14 2.3 实验原料的选择 ........................................................................................................ 14
2.3.1 单体的选择 ...................................................................................................... 14 2.3.2 引发剂的选择 .................................................................................................. 14 2.3.4 溶剂的选择 ...................................................................................................... 15 2.3.5 中和剂的选择 .................................................................................................. 15 2.4 水性丙烯酸树脂的制备工艺 .................................................................................... 15 2.5 水性丙烯酸树脂的性能测试 .................................................................................... 15
2.5.1 外观的检测 ...................................................................................................... 15 2.5.2 固含量的测定 .................................................................................................. 15 2.5.3 反应转化率的测定 .......................................................................................... 16 2.5.4 黏度的测定 ...................................................................................................... 16 2.5.5 水溶性的测定 .................................................................................................. 16 2.5.6 透光率的测定 .................................................................................................. 16
3 结果与讨论 .......................................................................................................................... 17
3.1 不同单体用量对树脂性能的影响 ............................................................................ 17
3.1.1 软硬单体比例对树脂性能的影响 .................................................................. 17 3.1.2 AA用量对丙烯酸树脂性能的影响 ............................................................. 17 3.1.3 引发剂用量对树脂性能的影响 ...................................................................... 18
IV 3.2 反应温度对树脂性能的影响 .................................................................................... 20 3.3 反应时间对树脂性能的影响 .................................................................................... 22 3.4 中和剂对树脂性能的影响 ........................................................................................ 23 4 结论 ...................................................................................................................................... 26 致 谢 ........................................................................................................................................ 27 参 考 文 献 ............................................................................................................................ 28
水性涂料用丙烯酸树脂的制备
1 1 绪论
1.1 水性涂料
涂料，旧称油漆，是指可涂覆于物件表面，与基体结合牢固、形成具有一定强度固态薄膜的物质。涂料主要有三个方面的功能：保护功能，涂料在物件表面相当于一层保护膜，能有效防腐、防水、耐光、耐温等，使各种材料的使用寿命延长，保护功能是涂料最主要的一个作用；装饰功能，在各种不同材质的物品表面涂覆涂料可大幅改善其外观效果，美化生活环境，对人类的精神生活做出不容忽视的贡献；随着国民经济和科技的不断发展，涂料逐渐被应用于其他领域，发展出多种新功能，广泛应用于光学、热能、物理化学方面。涂料工业的发展间接反映了其他行业的的发展。我国涂料工业历史悠久，生产量和消费量均处于世界领先地位，发展前景广阔，正在逐渐成为国民经济新的增长点[1]。
涂料按形态可分为水性涂料、溶剂性涂料、粉末涂料、高固体粉末涂料等。传统的溶剂型涂料排放的有机化合物（VOC）是现代社会中重要的污染源[2]。VOC排放到空气与氮氧化物在日光的作用下形成地面臭氧，有刺激性气味，能引起人体呼吸系统感染发炎，同时空气中VOC能够直接吸入体内或者刺激眼睛、皮肤等，损害人体健康。因此，随着各国环境保护法规的出台和人们环境保护意识的逐渐增强，传统的溶剂型涂料由于其较高的VOC排放量逐渐退出历史舞台，高性能、低污染、多功能的环保型涂料受到大家的青睐，发展绿色环保型涂料逐渐成为未来涂料技术的发展趋势。其中，水性涂料以其优异的综合性能脱颖而出。
众所周知，欧美国家特别是欧盟对环保非常重视，相继制定了欧Directive.99/13/CE法规、德国AT一Luft法规、美国66法规等一系列环保法规来限制挥发性有机化合物（VOC）向大气中释放。近年来，我国政府也加强了对环境保护的重视，制定了相关产品环保安全方面等强制性标准，全社会逐渐形成了重视环保、关注生命的氛围。今后污染环境、危害施工人员身体健康的溶剂型涂料的应用将受到越来越多的限制和制约，这些措施都将推动我国环保涂料尤其是水性涂料的发展进程。
目前，水性涂料在我国涂料领域中所占的比例还比较小，主要有以下几个方面的原因：第一，我国水性涂料的研究发展起步相比国外较晚，而工业涂装领域对涂膜的性能要求非常高。第二，由于研制难度较大，目前的水性涂料制备工艺成本大，效率低，所以目前市场主流的水性涂料其价格相对比较高，因而未能广泛使用。第三，由于水性涂料发展尚未成熟，处于安全方面的考虑，多数企业和个人并不愿意承担风险使用新型水性涂料代替旧有的溶剂型涂料。
但是，随着我国国民经济的快速发展，开放程度的逐渐提高，资源的日趋紧张，以及人们对身体健康和环境保护的重视，水性涂料在我国正面临着良好的发展机遇[3]。水