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水性醇酸-丙烯酸酯复合乳液以水作为分散介质,无毒环保,兼具两种树脂的优点,在涂料领域具有较好应用前景。然而,目前通过传统的乳液聚合法制备的复合乳液中醇酸树脂含量较低,难以发挥树脂间的优势互补作用。因此,本研究采用细乳液聚合法制备高醇酸含量的水性醇酸-丙烯酸酯复合乳液,以满足高档水性木器漆及工业面漆等涂料领域应用。
以亚麻油、豆油、季戊四醇、邻苯二甲酸酐为原料,通过醇解、酯化反应制备醇酸树脂。考察了不同因素对醇酸树脂合成及其涂膜性能的影响,确定的最佳合成工艺为:酸值10~15mg·KOH·g-1,油度50%,氢氧化锂(LiOH)用量0.04%,醇解温度控制在240℃,酯化温度控制在210℃,顺丁烯二酸酐(MA)的用量8%。FT-IR和1HNMR确定了所合成的醇酸树脂的化学结构。GPC分析可知,在MA用量8%时醇酸树脂分子量分布较窄。
在制备醇酸树脂的基础上,利用细乳液聚合法制备高醇酸含量的水性醇酸-丙烯酸酯复合乳液。对影响复合乳液稳定性的工艺条件进行了优化,确定的最佳合成工艺为:超声分散的超声功率为540W,超声时间为15min,甲基丙烯酸十八烷基酯(SMA)用量为0.6%,乳化剂PT400S/RS-710用量为2.5%,复配比例为2∶1,确定反应温度为65℃,反应时间为6h,采用过硫酸钾(KPS)/亚硫酸氢钠(NaHSO3)氧化还原引发体系,用量为1%,硬软单体配比为甲基丙烯酸甲酯(MMA)∶苯乙烯(St)∶丙烯酸丁酯(BA)=0.9∶0.6∶1,功能单体丙烯酸(AA)用量为4%,AA/N-羟甲基丙基酰胺(N-MA)=1/0.8,所制备的复合乳液综合性能较好。通过FT-IR证实了醇酸树脂和丙烯酸酯树脂二者实现有机结合;TEM和激光粒度仪分析结果表明复合乳液呈规则的球形,平均粒径在180-240nm之间,粒径分布较窄而且无粘结团聚现象;TGA分析表明制备的醇酸丙烯酸复合乳液的热稳定性增强。
以细乳液聚合制备的水性醇酸-丙烯酸酯复合乳液作为基料树脂,制备了水性涂层,研究了复合乳液的固化成膜性能。FT-IR结果显示固化后树脂中双键基团和活性基团均发生交联;DSC和TGA分析表明复合涂层随着醇酸树脂含量增加,热稳定性增强。SEM分析表明醇酸丙烯酸酯复合乳液成功复合,无微相分离现象。涂层性能测试表明,随着醇酸树脂量的增加,复合涂层热稳定性、耐水性、光泽度以及耐腐蚀性增强。此外,采用磷酸酯乳化剂与底材金属形成钝化氧化层,进一步提高了涂层的耐腐蚀性。用研制的水性醇酸-丙烯酸酯复合乳液制备清漆,测得涂层柔韧性可达到1mm、耐冲击性达到50Kg?cm,附着力为1级,光泽度达到58,耐水性可达168h,涂层耐盐雾性可达300h。这说明复合乳液在水性木器漆和工业面漆中具有良好的应用前景。
以亚麻油、豆油、季戊四醇、邻苯二甲酸酐为原料,通过醇解、酯化反应制备醇酸树脂。考察了不同因素对醇酸树脂合成及其涂膜性能的影响,确定的最佳合成工艺为:酸值10~15mg·KOH·g-1,油度50%,氢氧化锂(LiOH)用量0.04%,醇解温度控制在240℃,酯化温度控制在210℃,顺丁烯二酸酐(MA)的用量8%。FT-IR和1HNMR确定了所合成的醇酸树脂的化学结构。GPC分析可知,在MA用量8%时醇酸树脂分子量分布较窄。
在制备醇酸树脂的基础上,利用细乳液聚合法制备高醇酸含量的水性醇酸-丙烯酸酯复合乳液。对影响复合乳液稳定性的工艺条件进行了优化,确定的最佳合成工艺为:超声分散的超声功率为540W,超声时间为15min,甲基丙烯酸十八烷基酯(SMA)用量为0.6%,乳化剂PT400S/RS-710用量为2.5%,复配比例为2∶1,确定反应温度为65℃,反应时间为6h,采用过硫酸钾(KPS)/亚硫酸氢钠(NaHSO3)氧化还原引发体系,用量为1%,硬软单体配比为甲基丙烯酸甲酯(MMA)∶苯乙烯(St)∶丙烯酸丁酯(BA)=0.9∶0.6∶1,功能单体丙烯酸(AA)用量为4%,AA/N-羟甲基丙基酰胺(N-MA)=1/0.8,所制备的复合乳液综合性能较好。通过FT-IR证实了醇酸树脂和丙烯酸酯树脂二者实现有机结合;TEM和激光粒度仪分析结果表明复合乳液呈规则的球形,平均粒径在180-240nm之间,粒径分布较窄而且无粘结团聚现象;TGA分析表明制备的醇酸丙烯酸复合乳液的热稳定性增强。
以细乳液聚合制备的水性醇酸-丙烯酸酯复合乳液作为基料树脂,制备了水性涂层,研究了复合乳液的固化成膜性能。FT-IR结果显示固化后树脂中双键基团和活性基团均发生交联;DSC和TGA分析表明复合涂层随着醇酸树脂含量增加,热稳定性增强。SEM分析表明醇酸丙烯酸酯复合乳液成功复合,无微相分离现象。涂层性能测试表明,随着醇酸树脂量的增加,复合涂层热稳定性、耐水性、光泽度以及耐腐蚀性增强。此外,采用磷酸酯乳化剂与底材金属形成钝化氧化层,进一步提高了涂层的耐腐蚀性。用研制的水性醇酸-丙烯酸酯复合乳液制备清漆,测得涂层柔韧性可达到1mm、耐冲击性达到50Kg?cm,附着力为1级,光泽度达到58,耐水性可达168h,涂层耐盐雾性可达300h。这说明复合乳液在水性木器漆和工业面漆中具有良好的应用前景。