羟基丙烯酸树脂属于水性聚氨酯的分支类。随着常规乳液的制备技术进展,微乳液聚合、核壳乳液聚合、无皂乳液聚合等新型乳液聚合技术在研制羟基丙烯酸乳液时也得以应用。
1、微乳液聚合
采用微乳液聚合技术制备的乳液,其乳液粒径小,表面张力低,且具有良好的渗透性、润湿性、流平性和流变性。对于羟基丙烯酸微乳液来说,除了具备上述优点外,它还容易与水性异氰酸酯交联固化,从而提高涂膜的硬度、致密性及光泽等性能。与常规乳液相比,在制备羟基丙烯酸乳液时,需要使用大量亲水性的含羟基丙烯酸单体。该类单体易于在水中自聚形成凝胶物,若采用微乳液聚合技术,在聚合过程中容易产生凝聚物,并且贮存稳定性差,甚至导致破乳胶化。因而,如何有效减少凝聚物的产生,并使之贮存稳定是制备羟基丙烯酸微乳液的技术关键。
周新华等在应用微乳液聚合技术研制羟基丙烯酸微乳液时,认为体系的HLB值(亲水亲油平衡值)在聚合过程中是不断变化的,若采用常规乳液的聚合工艺,无法制得粒径较小的乳液,他通过复配乳化剂,将金底复合乳化剂的HLB值控制在,滴加预乳化液的HLB值设定为,且补加的乳化剂质量占总乳化剂质量的60%,成功制得粒径小于110nm的羟基丙烯酸微乳液,且常温下贮存1a以上无沉淀现象。王云普等也通过使用复合型的乳化剂,成功解决了微乳液在乳液聚合及贮存过程中稳定性差的技术难题。他认为在体系中引入非离子型乳化剂,增加了乳液粒子表面的阴离子乳化剂间的距离,因而增大了阴离子乳化剂在乳液粒子表面的吸附牢度,从而减少了聚合过程中凝聚物的产生,提高了羟基丙烯酸微乳液的稳定性。
核壳乳液聚合
采用核壳乳液聚合技术可在不改变单体组成的前提下改变乳液粒子的结构,使乳液粒子的内部和外部分别富集不同的单体组分,乳液在成膜过程中呈现出一些特殊功能,如软壳硬核结构,可以使粒子之间容易挤压融合,形成均匀致密的涂膜,使其具有良好的施工成膜性,降低了涂料体系的VOC(挥发性有机化合物)含量。对羟基丙烯酸乳液来说,还可将含羟基单体在壳聚合阶段加入聚合,使交联官能团主要分布于乳液粒子的表面,从而易与水性异氰酸酯固化剂接触并交联固化,提高涂膜的交联密度和水性异氰酸酯固化剂的使用效率。
万涛、闫福安等、殷武等均以复配的阴离子型和非离子型乳化剂预乳化混合单体,采用种子乳液聚合工艺,分段滴加不同组成的丙烯酸单体预乳化液,制得具有核壳结构的羟基丙烯酸乳液。万涛运用DSC(差示扫描量热法)谱图对具有不同结构类型的羟基丙烯酸乳液与水性异氰酸酯交联反应的放热量进行了测试和分析,发现核壳型羟基乳液交联反应的放热量明显高于非核壳型羟基乳液,据此证实了具有核壳结构的羟基乳液中羟基的活性和反应完成程度要好于常规型羟基乳液。而闫福安等研究发现,壳层结构中羟基单体的高用量不能超过壳层单体总量的20%,否则会影响羟基丙烯酸乳液的稳定性,同时他运用IR(红外光谱)和TEM(透射电子显微镜)等多种技术手段对制得的羟基乳液和涂膜进行结构表征,证实了研制的羟基丙烯酸乳液存在核壳结构,但核层与壳层间并没有的分界线,两结构层中存在明显的过渡层。殷武还在壳层中引入了环氧基团,进一步提高涂膜的性能。
许飞等采用了的合成技术来制备核壳型羟基丙烯酸乳液。首先通过溶液聚合制得含有亲水基团的聚合物,经中和乳化后得到水性羟基丙烯酸分散体。以此分散体作为大分子乳化剂,在该体系中继续滴加单体进行乳液聚合,最终制得具有核壳结构的羟基丙烯酸乳液。他利用动态光散射(DLS)对聚合过程中的乳液粒径进行了跟踪分析,发现步制得的水分散体的平均粒径为
,且粒径呈单分散,分布均匀,第二步合成后制得的乳液粒径增加至122nm,粒径分布仍呈单分散,证实了所制备的羟基丙烯酸乳液具备核壳结构。
无皂乳液聚合
无皂乳液的乳液粒子通过结合在聚合物链上的离子基团、亲水基团等得以稳定,消除了小分子乳化剂在涂膜中吸水、渗出等不良影响,使涂膜具有良好的附着力、耐水性和耐溶剂性。常见的无皂聚合技术是使用具有乳化功能的丙烯酸单体替代常规的小分子乳化剂,如殷武等优选了不同类型的具有乳化功能的丙烯酸单体。研究发现:甲基丙烯酰胺异丙基磺酸钠(AMPS)具有良好的乳化功能,经乳化剂用量条件试验后发现:当其用量小于单体总量的%时,乳化效果差,乳液外观发白,乳液粒径大,聚合不稳定,凝聚物较多;当其用量大于%时,羟基丙烯酸乳液的外观较好,但在聚合后期体系的黏度太大,不易搅拌均匀,制得乳液的凝聚物较多;其适宜用量为单体总量的%~%,所制备的无皂羟基丙烯酸乳液与水性异氰酸酯固化剂和氨基树脂固化后的涂膜均具有良好性能。
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