一 : 羟基丙烯酸树脂的合成研究进展_李红强80
2013年第35卷第2期
化学与黏合
CHEMISTRYANDADHESION
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羟基丙烯酸树脂的合成研究进展*
李红强1,陈精华1,曾幸荣1,邹发泽2,郑业梅2
(1.华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州
510640;2.广东同步化工股份有限公司,广东肇庆526241)
摘要:羟基丙烯酸树脂是近年来发展最快的新型树脂品种之一,不仅兼具高固含量和低黏度,而且可与异氰酸酯发生反应形成交联结构,制得具有综合性能优良的涂层,在汽车涂料、木器涂料等领域中应用广泛。概述了羟基丙烯酸树脂的分子结构设计及近几年的合成研究进展,并提出了今后的发展方向。
关键词:羟基丙烯酸树脂;高固含量;有机硅/氟改性;水性;研究进展中图分类号:TQ325.7
文献标识码:A
文章编号:1001-0017(2013)02-0045-04
ProgressinSynthesisofHydroxylAcrylateResin
LIHong-qiang1,CHENJing-hua1,ZENGXing-rong1,ZOUFa-ze2andZHENGYe-mei2
(1.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China;
2.GuangdongTopchemindustryCo.,Ltd.,Zhaoqing526241,China)
Abstract:Hydroxylacrylateresinisanovelkindofresinwithrapiddevelopment,whichnotonlyhashighsolidcontentandlowviscosity,butalsocanbereactedwithisocanatetoformcrosslinkedstructure,andtheobtainedcoatinglayerhasgoodoverallperformance.Nowhydroxylacrylateresiniswidelyappliedtoautomobilecoatings,woodwarecoatings,etc.Themolecularstructuredesignandrecentprogressinsynthesisofhydroxylacrylateresinaresummarized,anditsdevelopmenttrendisalsoproposed.
Keywords:Hydroxylacrylateresin;highsolidcontent;organicsilicon/fluoromodification;waterborne;progressin
research
前言
羟基丙烯酸树脂是由苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁等硬单体和丙烯酸乙酯、
酯等软单体以及丙烯酸羟乙(丙)酯、甲基丙烯酸羟乙(丙)酯等含羟基的功能单体为原料,在分子链调节剂的作用下,经自由基聚合制备的1种新型丙烯酸树脂[1]。该树脂不仅固含量高,而且体系黏度低,易通过将该树脂与异氰酸酯复配,经固于施工。此外,
化形成交联网状结构,涂层的耐热性、耐水性、耐候性、硬度、附着力等性能明显优于普通的丙烯酸树木器涂料等领域中得到了十分广泛脂,在汽车涂料、
的应用,成为发展最快的树脂品种之一[2,3]。本文主要针对羟基丙烯酸树脂的分子结构设计以及近几年的合成研究进展进行综述。
考虑的是羟基含量。一般地,当羟基含量介于2%~6%,特别是在2.6%~3.2%,且仲羟基与伯羟基之比在3∶7~1∶2时,涂层的光泽度高,附着力、硬度、耐候性等综合性能优良[4];其次是树脂的玻璃化转变温度Tg。当Tg在0~50℃,特别是0~30℃时,是比较适宜的。软硬单体的配比会直接影响Tg,硬单体用量越多,Tg越高;相反地,软单体用量越多,Tg越低。由高Tg的羟基丙烯酸酯所配制的涂层虽然硬度高,但脆性大,耐冲击强度低,反之,则涂层的柔韧性好,附着力强,但硬度低。羟基丙烯酸树脂的Tg值可由FOX公式进行计算[5]:
1=W=W=W+…
TgTg1Tg2Tg3
式中:Tg为共聚物的玻璃化温度,K;W1、W2和W3为不同单体的质量分数;Tg1、Tg2和Tg3为不同单体均聚物的Tg,K。
一般地,在合成羟基丙烯酸树脂的配方中,苯乙烯用量为10%~40%,甲基丙烯酸甲酯用量为10%~30%,丙烯酸烷基酯用量为20%~50%。丙烯酸或甲基丙烯酸作为功能单体,可以起到降低树脂黏度、
1羟基丙烯酸树脂的分子结构设计
在羟基丙烯酸树脂的分子结构设计中,首先要
收稿日期:2012-10-22*基金项目:广东省教育部产学研结合项目(编号:2010B090400383)
作者简介:李红强(1979-),男,河南巩义人,副研究员,主要从事新型高分子的合成与改性。
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李红强等,羟基丙烯酸树脂的合成研究进展Vol.35,No.2,2013
提高固含量及涂层附着力的作用,用量一般为1%~2%。2.2有机硅/氟改性羟基丙烯酸树脂
由于Si-O键长较长,Si-O-Si键键角大,因此有机硅丙烯酸酯具有表面张力低、黏温系数小、压
缩性高、气体渗透性高等特点,且其耐高低温、电气绝缘性、耐氧化稳定性、耐候性、耐水性、耐腐蚀性等优异[11,12]。氟化丙烯酸酯中的C-F键键能大(460kJ/mol),稳定性高,螺旋状排列的氟原子对碳主链起到很好的“屏蔽保护”作用,可有效防止碳原子和碳链的暴露,使得氟化丙烯酸酯具有优良的耐候性、耐腐蚀性、耐化学介质等。在成膜过程中,表面能极低的氟烷基会优先向表面迁移,使得涂膜表面具有优异的疏水、疏油、耐粘污等特性[13,14]。因此,采用有机硅或有机氟对羟基丙烯酸树脂进行改性,可有效提高其使用性能。
例如,潘莉莎等人[15]采用硅氧烷对羟基丙烯酸树脂进行改性,探讨了乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基-三-(2-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷等4种硅氧烷对树脂合成稳定性的影响。研究发现,含甲氧基或乙氧基的单体在水中的水解速度过快,会使硅醇基与羟基过早地发生交联反应,导致树脂黏度剧增甚至凝胶。而选用具有乙烯基三异丙氧基硅烷为改性单体,则反应过程平稳。将羟基丙烯酸树脂与多异氰酸酯复配后制得的涂膜具有良好的耐水性、耐溶剂性和耐候性。祝方等人[16]以苯乙烯、(甲基)丙烯酸酯类单体、丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯等为单体,采用不同含量的硅烷偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)作为改性剂,合成了新型汽车涂料用有机硅改性高固体分羟基丙烯酸树脂,将其与异氰酸酯按照一定的比例复配并涂膜。当硅烷含量从0增加至30%时,羟基丙烯酸树脂的水接触角从77°增大至88°,疏水性明显增加,且涂层的耐溶剂性、耐候性、附着力、光泽度、耐酸碱性等性能优良。刘虎等人[17]以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸β-羟乙酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯为原料,通过自由基溶液聚合,制备了氟化羟基丙烯酸酯树脂。研究了聚合温度、引发剂物质的量浓度、含氟单体及含羟基单体物质的量浓度对聚合速率及涂膜疏水性的影响。结果表明,当甲基丙烯酸十二氟庚酯用量从0增加至20%时,涂膜的水接触角从75°提高至101°。聚合反应的表观活化能为88.13kJ/mol,聚合速率与引发剂物质的量浓度的0.8592次方、含氟单体物质的量浓度的0.2801次方、含羟基单体物质的量浓度的0.6285次方分别成正比。
2羟基丙烯酸树脂的合成研究进展
近几年,羟基丙烯酸树脂在合成方面取得了较有机大进展,相继出现了高固含量羟基丙烯酸树脂、
硅/氟改性羟基丙烯酸树脂和水性羟基丙烯酸树脂。2.1高固含量羟基丙烯酸树脂
目前,商业化羟基丙烯酸树脂产品的固含量一般为60%左右,如果能够进1步提高其固含量,降低黏度,减少有机溶剂用量,不仅可以有效降低成本,而且十分有利于环境保护。骆惠等人[6]合成了固含量为65%~70%、黏度小于1000mPa·s的羟基丙烯酸树脂。由于选用含羟基的巯基乙醇作为链转移剂(结构为HS-CH2CH2-OH),从而成功地解决了低相对分子质量的控制和高分子链中羟基均匀有效分布的矛盾,可确保每个聚合物链上至少含有2个羟基。用该树脂与聚异氰酸酯配制成涂料,其漆膜综合性能优良。方冉等人[7]将叔碳酸缩水甘油酯与丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等进行反应,使聚合反应和环氧基/酸酯化反应同时进行,合成了固含量为70%的羟基丙烯酸树脂。由于叔碳酸缩水甘油酯的引入,它的大体积及支链脂肪族部分起到了内增塑的作用,增加了漆膜弹性,改善了树脂流动性,体系黏度为60~80涂-4杯。由它所配制的双组分PU面漆具有较高的施工固体分,漆膜丰满,显影性好,雾影值低,具有很好的市场前景。
王小玉等人[8]以15%的甲基丙烯酸甲酯、8%苯乙烯、16%的丙烯酸丁酯、8%的丙烯酸异辛酯、22%的丙烯酸羟丙酯以及1%的丙烯酸为单体,采用单体和引发剂溶液同步连续滴加工艺,并对引发剂用量及聚合反应温度进行合理调控,有效降低了体系黏度,成功制备出固含量达70%以上的羟基丙烯酸树脂,黏度1400mPa·s,相对分子质量约为3000,PDI小于2,羟值46mg/g。将其与HDI缩二脲多异氰酸酯复配,所得漆膜的综合性能达到国外同类产品水平。中山大桥化工有限公司的夏必来等人[9]采用末端带可聚合双键的甲基丙烯酸酯类单体与甲基丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸羟烷基酯、不饱和羧酸等进行共聚,制备了固含量高达85%的羟基丙烯酸树脂,体系黏度3600mPa·s。上海雅达涂料有限公司的王永军[10]采用带羟基的功能引发剂———过氧化二羟甲基异丁酰,也合成了固含量高达85%的羟基丙烯酸树脂,体系黏度3460mPa·s。
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化学与黏合
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2.3水性羟基丙烯酸树脂
与溶剂型羟基丙烯酸树脂相比,水性羟基丙烯酸树脂以水为分散介质,不仅更加有利于环保,而且其成本较低,体系黏稠度易调控,在近些年也获得了较多的关注[18,19]。
例如,殷武等人[20]采用乳液聚合法,以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸等为原料,合成了1种具有核壳结构的乳液型含羟基丙烯酸树脂,黏度200~2000mPa·s,固含量42%~46%,粒径0.05~0.2μm,羟基含量2.5%~3.5%,贮存期在6个月以上。该树脂作为双组份涂料的羟基树脂,不仅VOC含量低,固含量高,而且所形成涂层的硬度、柔韧性、附着力、耐候性等性能优良,可用于木材、塑料、金属、玻璃及混凝土等的涂装。
张发爱等人[21]用溶液聚合法制备了丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)/丙烯酸(AA)四元共聚丙烯酸树脂,将其中和后溶解在水中,研究了AA用量、HEMA用量、中和度等对
AA+HEMA+MMA+BA
BPO引发
OHCOOH
COOH
OH
COOH
其水溶性的影响。含羟基丙烯酸树脂的水溶性规律为:随着羧酸单体用量的增加,其水溶性增加,最低羧酸单体质量分数为6.5%;随着羟基单体用量的增加,其
水溶性增加;中和度越大,则水溶性越好。羟基单体用量对水溶性的影响比羧酸单体的影响小。该规律对于合成用于水性丙烯酸氨基漆和水性双组分聚氨酯涂料所使用的水性丙烯酸树脂具有指导意义。许飞等人[22]采用甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、HEMA和AA为反应单体,分别通过溶液聚合、乳液聚合以及溶液聚合和乳液聚合结合的2步聚合法制备了3种水性羟基丙烯酸树脂(PAS、PAE和PAT)。在无催化剂存在的条件下,分别将3种树脂与异氰酸酯固化剂BayhydurXP2655以及助剂混合得到双组分水性聚氨酯清漆,并进行了性能测试。由于PAT以HEMA、MMA和BA的共聚物为核层,以含COO-的羟基丙烯酸酯为壳层,因此不仅其内聚强度高,而且乳液体系具有良好的稳定性。所制备的PAT清漆漆膜平整光滑,无气泡,光泽度84,附着力1级,硬度H,耐冲击性50cm,耐水性优良。
AA+HEMA+MMA+BA
BPO引发
OH
OH
COOH
COOH
第
1步聚合
DMEA/H2O高速搅拌COO-
-
COOH
DMEA/H2O高速搅拌
COO-
COO-
-
OOC
COO-
(PAS)
OOC
COO-
COO-
A溶液聚合
HEMA+MMA+BA
APS溶液
AA+HEMA+MMA+BAAPS溶液DMEA
COO-
第二步聚合产物COO-(PAT)
第
2步聚合
-
OOC
第1步聚合产物COO
-
C2步聚合
(PAE)
B乳液聚合
注:DNEA为二甲基乙醇胺,APS为过硫酸铵
图1PAS、PAE和PAT的聚合方法示意图
Fig.1SchematicdiagramofpolymerizationmethodofPAS,PAEandPAT
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李红强等,羟基丙烯酸树脂的合成研究进展Vol.35,No.2,2013
[7]方冉,陈延辉,高敬民.高固体分羟基丙烯酸树脂[J].上海涂料,
3结语
与常规的丙烯酸树脂相比,虽然羟基丙烯酸树脂的应用比例还较低,但是其突出的优点已经得到了人目前国们越来越多的认可和重视,发展空间十分广阔。
内生产企业和科研机构还需在以下几个方面努力:(1)如何在保持羟基丙烯酸树脂低黏度的同时,进1步提高固含量,使其达到90%以上,有利于进1步保护环境和降低成本;(2)如何合成出在分子链上羟基分布可控的羟基丙烯酸树脂或者引入其它可反应性基团如环氧基、环酸酐、氨基等,这对于提高其与异氰酸酯交联固化后涂层的性能十分有益;(3)如何采用特殊的多官能团交联剂,将羟基丙烯酸树脂与环氧树脂、聚氨酯或硅树脂等通过化学键连接起来,有助于其在汽车、木器、电子电器、机械、日常生活等领域中的应用,使其使用范围进1步扩大。
此外,在开发新型羟基丙烯酸树脂的同时,还应重视和加强其基础理论和实际应用的研究工作,扬长避短,使之朝着更加完善的方向持续发展。
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二 : 羟基丙二酸
又名丙醇二酸;亚酒石酸;Hydroxymalonic acid;Hydroxypropanedioic acid;Tartronic acid三 : 丙烯酸树脂:丙烯酸树脂-简介,丙烯酸树脂-基本信息
丙烯酸树脂是由丙烯酸酯类和甲基丙烯酸酯类及其它烯属单体共聚制成的树脂,通过选用不同的树脂结构、不同的配方、生产工艺及溶剂组成,可合成不同类型、不同性能和不同应用场合的丙烯酸树脂,丙烯酸树脂根据结构和成膜机理的差异又可分为热塑性丙烯酸树脂和热固性丙烯酸树脂。
丙烯酸树脂_丙烯酸树脂 -简介
用丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体共聚合成的丙烯酸树脂对光的主吸收峰处于太阳光谱范围之外,所以制得的丙烯酸树脂漆具有优异的耐光性及户外老化性能。
丙烯酸树脂_丙烯酸树脂 -基本信息
丙烯酸树脂CAS号:9003-01-4
EINECS:号202-415-4
分子式:(C3H4O2)n
分子量:72.06
InChI:InChI=1/C3H4O2/c1-2-3(4)5/h2H,1H2,(H,4,5)
密度:1.09(30%aq.)
沸点:116°C
丙烯酸树脂_丙烯酸树脂 -用途
热塑性丙烯酸树脂在成膜过程中不发生进1步交联,因此它的相对分子量较大,具有良好的保光保色性、耐水耐化学性、干燥快、施工方便,易于施工重涂和返工,制备铝粉漆时铝粉的白度、定位性好。热塑性丙烯酸树脂在汽车、电器、机械、建筑等领域应用广泛。
热固性丙烯酸树脂是指在结构中带有一定的官能团,在制漆时通过和加入的氨基树脂、环氧树脂、聚氨酯等中的官能团反应形成网状结构,热固性树脂一般相对分子量较低。热固性丙烯酸涂料有优异的丰满度、光泽、硬度、耐溶剂性、耐侯性、在高温烘烤时不变色、不返黄。最重要的应用是和氨基树脂配合制成氨基-丙烯酸烤漆,目前在汽车、摩托车、自行车、卷钢等产品上应用十分广泛。
丙烯酸树脂_丙烯酸树脂 -危害
化学品安全技术说明书(MSDS)丙烯酸树脂健康危害:皮肤接触可导致皮肤刺激不适和发疹;眼睛接触可导致眼睛刺激不适、流泪或视线模糊;呼入此产品可导致上呼吸道刺激、咳嗽与不适,或不特定不舒服症状,如恶心、头痛或虚弱;食入此产品可导致特定不舒服症状如恶心、头痛或虚弱。患者应立即去医院救治。
丙烯酸树脂_丙烯酸树脂 -分类
按生产的方式分类可以分为:1、乳液聚合!是通过单体、引发剂及其反应溶剂一起反应聚合而成,一般所成树脂为固体含量为50%的树脂溶液!是含有50%左右的溶剂的树脂,其一般反应用的溶为苯类(甲苯或是二甲苯)、酯类(乙酸乙酯、乙酸丁酯),一般是单一或是混合!固乳液型的丙烯酸树脂有溶剂的不可变性!一般会因溶剂的选择不同而使产品性能不一样!一般有一定的色号!玻璃化温度较低,因为一般是用不带甲基的丙烯酸酯下去反应!固该类型的树脂可以有较高的固含量,可达到80%!可做高固体分涂料,生产简便!但因溶剂不可变性,运输不方便!
2、悬浮聚合!是1种较为复杂的生产工艺,一般是做为生产固体树脂而采用的1种方法!固体丙烯酸树脂,其一般都是采用了带甲基的丙烯酸酯下去反应聚合!不带甲基的丙烯酸酯一般都是带有一定的官能团的!其在反应滏中聚合反应不易控制,容易发粘而至爆锅!一般的流程是将单体、引发剂、助剂投入反应斧中然后放入蒸馏水反应!在一定时间和温度反应后再水洗,然后再烘干!过滤等!其产品的生产控制较为严格!如在中间的哪1个环节做得不到位,其出来的产品就会有一定的影响!一般是体现在颜色上面和分子量的差别!
3、本体聚合!是1种效率较高的生产工艺!一般是将原料放到1种特殊塑料薄膜中!然后反应成结块状,拿出粉碎,再过滤而成,一般该种方法生产的固体丙烯酸树脂其纯度是所有生产法中可以最高的!他的产品稳定性也是最好的,但他的缺点也是满大的!用苯体聚合而成的丙烯酸树脂对于溶剂的溶解性不强!有时相同的单体相同的配比用悬浮聚合要难溶解好几倍!而且颜料的分散性也不如悬浮聚合的丙烯酸树脂!
4、其它聚合方法!溶剂法反应,反应时经溶剂一起下去做中介物质!经反应釜好后再脱溶剂!
丙烯酸树脂_丙烯酸树脂 -热固性丙烯酸树脂
以丙烯酸系单体(丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯等)为基本成分,经交联成网络结构的不溶不熔丙烯酸系聚合物。
除具有丙烯酸树脂的一般性能以外,耐热性、耐水性、耐溶剂性,耐磨耐划性更优良。有本体浇铸造材料、溶液型、乳液型、水基型多种形态。
本体浇铸材料由甲基丙烯酸酯与多官能丙烯酸系单体或其他多官能烯类单体共聚制浆,经铸型聚合制得。主要用作飞机舱盖、风挡。溶液型、半乳型、水基型热固性丙烯酸树脂,需加热烘烤交联固化成膜,形成网络结构。交联方式分为2类:(1)反应交联型,聚合物中的官能团没有交联反应能力,必须外加至少有两个官能团的交联组分(如三聚氰胺树脂、环氧树脂、脲树脂和金属氧化物等)经反应而交联固化,交联组分加入后不能久贮,应及时使用;(2)自交联型,聚合物链上本身含有2种以上有反应能力的官能团(羟基、羧基、酰胺基、羟甲基等),加热到某一温度(或同时添加催化剂),官能团间相互反应,完成交联。这类热固性丙烯酸树脂主要用作织物、皮革、纸张处理剂、工业用漆及建筑涂料。
丙烯酸树脂_丙烯酸树脂 -热塑性丙烯酸树脂
热塑性丙烯酸树脂由丙烯酸、甲基丙烯酸及其衍生物(如酯类、腈类、酰胺类)聚合制成的1类热塑性树脂。可反复受热软化和冷却凝固。一般为线型高分子化合物,可以是均聚物,也可以是共聚物,具有较好的物理机械性能,耐候性、耐化学品性及耐水性优异,保光保色性高。涂料工业用的热热性丙烯酸树脂分子量一般为75000~120000,常用硝酸纤维素、乙酸丁酸纤维素和过氯乙烯树脂等与其拼用,以改进涂膜性能。
热塑性丙烯酸树脂是溶剂型丙烯酸树脂的1种,可以熔融、在适当溶剂中溶解,由其配制的涂料靠溶剂挥发后大分子的聚集成膜,成膜时没有交联反应发生,属非反应型涂料。为了实现较好的物化性能,应将树脂的分子量做大,但是为了保证固体分不至于太低,分子量又不能过大,一般在几万时,物化性能和施工性能比较平衡。
丙烯酸树脂_丙烯酸树脂 -安全术语
S24/25Avoidcontactwithskinandeyes.
避免与皮肤和眼睛接触。
丙烯酸树脂_丙烯酸树脂 -丙烯酸树脂市场发展现状
多年来,我国丙烯酸树脂行业发展迅速,产品产出持续扩张,国家产业政策鼓励丙烯酸树脂产业向高技术产品方向发展,国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对丙烯酸树脂行业的关注越来越密切,这使得丙烯酸树脂行业的发展研究需求增大。61阅读| 精彩专题| 最新文章| 热门文章| 苏ICP备13036349号-1