陕西科技大学毕业论文
12 烯酸树脂的合成和最佳实验条件的确定上。主要内容如下：
（a）选择合适的单体、溶剂和引发剂；
（b）用选择出来的单体、溶剂和引发剂采用自由基溶液聚合法合成出水溶液型丙烯酸脂；
（c）研究单体配比、溶剂种类和用量、引发剂用量、聚合温度、反应时间等对水性丙烯酸树脂性能的影响，进而确定出最佳的实验条件。
水性涂料用丙烯酸树脂的制备
13 2 实验部分
2.1 实验药品及仪器
2.1.1 实验药品 所用药品如表2-1。
表2-1 实验所用药品
药品名称
丙烯酸丁酯（BA） 甲基丙烯酸甲酯（MMA） 丙烯酸（AA） 氨水
过氧化苯甲酰（BPO） 正丁醇
规格及生产厂家 天津市福星化学试剂厂 天津市福星化学试剂厂 天津市天力化学试剂有限公司 西安三浦精细化工厂 上海中利化工厂
广东光华科技股份有限公司
2.1.2 实验仪器
所用实验仪器如表2-2。
表2一2 实验所用仪器
仪器名称 电热恒温油浴锅 干燥箱
搅拌设备（1套） 电子天平 分光光度计 旋转粘度计
型号及生产厂家
DK一98一1天津市泰斯特仪器有限公司 DZF一6020上海琅玕实验设备有限公司 DSX一90杭州仪表电机有限公司 BSA2202S北京赛多利斯仪器系统有限公司 721上海光谱仪器有限公司
NDJ一1上海精密仪器仪表有限公司
2.1.3 实验装置
图2-1 实验装置示意图
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14 2.2 树脂的合成反应原理
本课题制备的是水溶液型丙烯酸树脂，故采用自由基溶液聚合法。本反应以丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯为单体，以正丁醇为溶剂合成水溶性丙烯酸树脂。采用成盐法实现树脂水溶性，即将产物与中和剂氨水反应，得到水溶性丙烯酸树脂。中和后，反应产物呈淡黄色透明状稳定聚合物溶液，即生成了水溶性较好的胺[34]。其反应式如下：
2.3 实验原料的选择
2.3.1 单体的选择
单体是形成聚合物的基础，单体决定着产品的物理、化学及机械性能。选用不同的单体，赋予聚合物的性能也不同，性能的差异直接影响树脂的应用情况。一般聚合物的共聚单体可以分为三种类型：
（a）硬单体：赋予涂膜硬度、耐磨性和强度； （b） 软单体：赋予涂膜柔韧性和耐久性；
（c） 功能单体：可以提高涂膜附着力、润湿性，赋予聚合物一定的交联反应性，起交联作用。
在本课题中选用的硬单体甲基丙烯酸甲酯能赋予聚合物硬度、附着力。软单体丙烯酸丁酯能赋予聚合物柔韧性。功能单体丙烯酸能赋予聚合物耐溶剂性、耐油性。 2.3.2 引发剂的选择
溶剂法合成丙烯酸树脂需使用油溶性引发剂，一般为过氧化苯甲酰（BPO）和偶氮异丁醇（ABIN）。如用ABIN作引发剂，由于其在单体中的溶解度小，并常在溶剂中析出，而降低了其引发效果。尽管BPO作引发剂时由于C6H5COO·自由基会继续分解成C6H5·，它会促使BPO进一步分解而使一半自由基变成C6H5COOC6H6。而对引发效果有一定的影响，但BPO能较好溶于单体中，同时，不同单体的活性不同，其自由基
水性涂料用丙烯酸树脂的制备
15 反应活性也不同，对于甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯等较活泼的单体，BPO的诱导分解影响就降低了[35]，可以起到很好的引发效果，因此选用BPO作引发剂。 2.3.4 溶剂的选择
在丙烯酸树脂的制备过程中，溶剂是必不可少的。在保证水溶性好的同时，为制得高固含量低黏度的树脂产品，应选用合适的溶剂。
选择溶剂应该从以下几个方面考虑[36]：
（a）为了获得均匀的丙烯酸树脂液，所选溶剂应该能很好的溶解聚合单体； （b）反应混合物的黏度大小与所选溶剂有关，所选择的溶剂应该使反应混合物保持足够小的黏度，以便有利于反应过程的搅动和散热；
（c）溶剂的沸点关系到聚合反应温度，而且不同溶剂具有不同的链转移能力，这两者均影响聚合物的分子量及分子量分布；
（d）过氧化物半衰期也受到溶剂种类的影响，应该选择相匹配的溶剂； （e）毒性小，成本低。
根据以上要求，综合考虑本课题选择了正丁醇作为聚合溶剂。 2.3.5 中和剂的选择
中和剂能明显的影响树脂的水溶性、稳定性、粘度及涂膜的泛黄性，因此选择中和剂十分重要。研究树脂体系的不同，所选的中和剂也不同，室温固化的水溶性树脂一般选用低沸点的中和剂，而且还要考虑其价格、气味及对树脂的稳定性。氨水是非常通用的中和剂，它具有低成本和容易挥发的优点。因此，选用氨水作为中和剂。
2.4 水性丙烯酸树脂的制备工艺
搭建如图表2-1的实验装置，在三口烧瓶中加入溶剂正丁醇，搅拌，加热升温至实验温度，保持恒温，溶剂回流。把纯的MMA、BA、AA和引发剂BPO混合，搅拌均匀，加入恒压漏斗中，并开始缓慢滴加。滴加完毕后，在回流温度下反应一定时间，降温进行减压蒸馏，脱除回收部分溶剂和未反应的单体，得粘稠状液体。保温70～80℃加入适量蒸馏水稀释，用氨水调节Ph，补充适量蒸馏水，得到透明的水性丙烯酸树脂。
2.5 水性丙烯酸树脂的性能测试
2.5.1 外观的检测
目视观察产品的颜色、状态、均匀性、透明度等物理性状。 2.5.2固含量的测定
在干燥洁净的小烧杯放在105℃左右的烘箱内烘至恒重，准确称取1.59～2.09树脂
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16 试样，在60℃烘干后再升温至110℃烘至恒重（至前后两次称量质量差不大于0.019为止），每次实验平行测定两个试样，树脂固含量G按公式（2-1）计算： G=（m2－m1）/（m－m1）×100％式中，m1—小烧杯质量，g
m2—恒重后试样与小烧杯的质量，g m—恒重前试样与小烧杯质量，g 2.5.3反应转化率的测定
在干燥洁净的培养皿中放在105℃左右的烘箱内烘至恒重，将一定量的试样加入到已称重的培养皿内，称出试样的质量，于105℃鼓风烘箱中烘至恒重，称出培养皿与膜的质量，单体转化率P按公式（2-2）计算：
W?m P=W`?×100％ （2-2） Wm （2-1）
式中，W`—培养皿与试样的质量，g W—培养皿的质量，g
Wm—投入反应体系中的单体总质量，g m—反应体系中的引发剂的质量，g 2.5.4黏度的测定
将被测液体置于直径不小于70mm的烧杯或直筒形容器中，准确地控制被测液体度。因为本实验中的丙烯酸树脂具有很高的黏度，所以选择4号转子，逐渐侵入被测液体，直到转子液面标志和液面相平为止，开启电机开关，转动变速旋钮，使所需转速数向上，对准速度指示点，使转子在液体中旋转，待指针趋于稳定，读数。 在η=K·α式中 η=粘度 K=系数
α=指针所指读数（偏转量） 2.5.5水溶性的测定
目视树脂在水中的溶解速率。 2.5.6透光率的测定
用527型号分光光度计测量树脂10%水溶液的透光率。