如何設(shè)計(jì)一款合適的丙烯酸樹(shù)脂？——丙烯酸樹(shù)脂配方設(shè)計(jì)概要

一、丙烯酸樹(shù)脂定義：以丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及苯乙烯等乙烯基類單體為主要原料合成的共聚物稱為丙烯酸樹(shù)脂。
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二、丙烯酸樹(shù)脂分類

1、根據(jù)組成成分：丙全樹(shù)脂、苯丙樹(shù)脂、硅丙樹(shù)脂、醋丙樹(shù)脂、氟丙樹(shù)脂、叔丙（叔碳酸酯-丙烯酸酯）樹(shù)脂等。

2、根據(jù)成膜特性：熱塑性丙烯酸樹(shù)脂和熱固性丙烯酸樹(shù)脂。

熱塑性丙烯酸樹(shù)脂其成膜主要靠溶劑或分散介質(zhì)（常為水）揮發(fā)使大分子或大分子顆粒聚集融合成膜，成膜過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，缺點(diǎn)是涂膜的耐溶劑性較差；

熱固性丙烯酸樹(shù)脂也稱為反應(yīng)交聯(lián)型樹(shù)脂，其成膜過(guò)程中伴有幾個(gè)組分可反應(yīng)基團(tuán)的交聯(lián)反應(yīng)，因此涂膜具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此其耐溶劑性、耐化學(xué)品性好，適合于制備防腐涂料。

三、丙烯酸單體

依據(jù)單體對(duì)涂膜性能的影響常將單體進(jìn)行如下分類，以方便應(yīng)用。

	?????????? 單 ?體 ?名 ?稱			?????? 功 ? ? 能
	甲基丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸乙酯 苯乙烯 丙烯睛			提高硬度， 稱之為硬單體。
	丙烯酸乙酯 丙烯酸正丁酯 丙烯酸月桂酯 丙烯酸-2-乙基己酯 甲基丙烯酸月桂酯 甲基丙烯酸正辛酯			提高柔韌性，促進(jìn)成膜， 稱之為軟單體。
	丙烯酸-2-羥基乙酯 丙烯酸-2-羥基丙酯 甲基丙烯酸-2-羥基乙酯 甲基丙烯酸-2-羥基丙酯 甲基丙烯酸縮水甘油酯 丙烯酰胺 N-羥甲基丙烯酰胺 N-丁氧甲基（甲基）丙烯酰胺 二丙酮丙烯酰胺（DAAM） 甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯（AAEM） 二乙烯基苯 乙烯基三甲氧基硅烷 乙烯基三乙氧基硅烷 乙烯基三異丙氧基硅烷 γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷			引入官能團(tuán)或交聯(lián)點(diǎn)， 提高附著力， 稱之為交聯(lián)單體。
	丙烯酸與甲基丙烯酸的低級(jí)烷基酯 苯乙烯			抗污染性
	甲基丙烯酸甲酯 苯乙烯 甲基丙烯酸月桂酯 丙烯酸-2-乙基己酯			耐水性
	丙烯睛 甲基丙烯酸丁酯 甲基丙烯酸月桂酯			耐溶劑性
	丙烯酸乙酯 丙烯酸正丁酯 丙烯酸-2-乙基己酯 甲基丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸丁酯			保光、保色性
	丙烯酸 甲基丙烯酸 亞甲基丁二酸（衣康酸） 苯乙烯磺酸 乙烯基磺酸鈉 AMPS			實(shí)現(xiàn)水溶性，增加附著力， 稱之為水溶性單體、 表面活性單體。

四、丙烯酸的共聚改性

1、共聚目的：
（1）改進(jìn)樹(shù)脂的Tg；
（2）調(diào)節(jié)樹(shù)脂極性、溶解性、機(jī)械力學(xué)性能，如丙烯酸，甲基丙烯酸可改進(jìn)漆膜與底材的附著力；
（3）引進(jìn)官能團(tuán)，用以和交聯(lián)劑反應(yīng)形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，主要功能單體有：丙烯酸羥乙酯（羥丙酯），N-羥甲基丙烯酰胺，引入-OH丙烯酸，甲基丙烯酸，亞甲基丁二酸，引入-COOH
使共聚物成為水溶性，改進(jìn)樹(shù)脂附著力，與有關(guān)交聯(lián)劑發(fā)生反應(yīng)。
所以，應(yīng)根據(jù)涂膜的使用要求，選擇合適的單體對(duì)共聚物進(jìn)行分子設(shè)計(jì)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研制符合要求的涂料用樹(shù)脂使我們研發(fā)人員追求的目標(biāo)。

2、共聚后Tg的計(jì)算公式：

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五、丙烯酸樹(shù)脂的配方設(shè)計(jì)原則

丙烯酸樹(shù)脂及其涂料應(yīng)用范圍很廣，因此其配方設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的。基本原則主要遵循以下幾點(diǎn)：

1、要針對(duì)不同基材和產(chǎn)品確定樹(shù)脂劑型——溶劑型或水劑型；

2、根據(jù)性能要求確定單體組成、玻璃化溫度（Tg）、溶劑組成、引發(fā)劑類型及用量和聚合工藝；

最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)、修正，以確定最佳的產(chǎn)品工藝和配方。其中單體的選擇是配方設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

六、單體的選擇

1、單體概述

為方便應(yīng)用，通常將聚合單體分為硬單體、軟單體和功能單體三大類，具體可以參照上表。

甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（ST）、丙烯睛(AN)是最常用的硬單體；

丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸異辛酯(2-EHA)為最常用的軟單體。

長(zhǎng)鏈的丙烯酸及甲基丙烯酸酯（如月桂酯、十八烷酯）具有較好的耐醇性和耐水性。

功能性單體有含羥基的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，含羧基的單體有丙烯酸和甲基丙烯酸。羥基的引入可以為溶劑型樹(shù)脂提供與聚氨酯固化劑、氨基樹(shù)脂交聯(lián)用的官能團(tuán)。

其它功能單體有：丙烯酰胺（AAM）、羥甲基丙烯酰胺（NMA）、雙丙酮丙烯酰胺（DAAM）和甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯（AAEM）、甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯（DMAEMA）等。

功能單體的用量一般控制在1％---6％質(zhì)量份，不能太多，否則可能會(huì)影響樹(shù)脂或成漆的貯存穩(wěn)定性。更多單體選擇方面資料請(qǐng)參見(jiàn)：丙烯酸樹(shù)脂合成過(guò)程中單體的選擇原則總結(jié)。

乙烯基三異丙氧基硅烷單體由于異丙基的位阻效應(yīng)，Si－O鍵水解較慢，在乳液聚合中其用量可以提高到10％，有利于提高乳液的耐水、耐候等性能，但是其價(jià)格較高。

含羧基的單體引入羧基可以改善樹(shù)脂對(duì)顏、填料的潤(rùn)飾性及對(duì)基材的附著力，而且同環(huán)氧基團(tuán)有反應(yīng)性，對(duì)氨基樹(shù)脂的固化有催化活性。

2、羥基型丙烯酸樹(shù)脂

合成羥基型丙烯酸樹(shù)脂時(shí)羥基單體的種類和用量對(duì)樹(shù)脂性能有重要影響。

雙組分聚氨酯體系的羥基丙烯酸組分常用伯羥基類單體：丙烯酸羥乙酯（HEA）或甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）；

氨基烘漆的羥基丙烯酸組分常用仲羥基類單體：丙烯酸-β-羥丙酯（HPA）或甲基丙烯酸-β-羥丙酯（HPMA）。伯羥基類單體活性較高，由其合成的羥丙樹(shù)脂用作氨基烘漆的羥基組分時(shí)影響成漆貯存，可選擇仲羥基丙酯單體。

另外，通過(guò)羥基型鏈轉(zhuǎn)移劑 （如巰基乙醇、巰基丙醇、巰基丙酸-2-羥乙酯）可以在大分子鏈端引入羥基，改善羥基分布，提高硬度，并使分子量分布變窄，降低體系粘度。

3、其它注意事項(xiàng)

為提高耐乙醇性要引入苯乙烯、丙烯睛及甲基丙烯酸的高級(jí)烷基酯，降低酯基含量。可以考慮二者并用，以平衡耐候性和耐乙醇性。甲基丙烯酸的高級(jí)烷基酯有甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八醇酯等。

涂料用丙樹(shù)脂常為共聚物，選擇單體時(shí)必須考慮他們的共聚活性。實(shí)際工作時(shí)一般采用單體混合物“饑餓態(tài)”加料法（即單體投料速率<共聚速率）控制共聚物組成。為使共聚順利進(jìn)行，共聚用混合單體的竟聚率不要相差太大，如苯乙烯同醋酸乙烯、氯乙烯、丙烯睛難以共聚。

選擇單體時(shí)還應(yīng)注意單體的毒性大小，一般丙烯酸酯的毒性大于對(duì)應(yīng)甲基丙烯酸酯的毒性，如丙烯酸甲酯的毒性大于甲基丙烯酸甲酯的毒性，此外丙烯酸乙酯的毒性也較大。在與丙烯酸酯類單體共聚用的單體中，丙烯睛、丙烯酰胺的毒性很大，應(yīng)注意防護(hù)。

七、Tg的設(shè)計(jì)

玻璃化溫度反映無(wú)定型聚合物由脆性的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的轉(zhuǎn)變溫度。不同用途的涂料，其樹(shù)脂的玻璃化溫度相差很大。外墻漆用的彈性乳液其一般低于－10℃，北方應(yīng)更低一些；而熱塑性塑料漆用樹(shù)脂的一般高于60℃。交聯(lián)型丙烯酸樹(shù)脂的一般在－20～400℃。玻璃化溫度的設(shè)計(jì)常用FOX公式：

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其中，為第i種單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為第i種單體對(duì)應(yīng)均聚物的玻璃化溫度，單位用K。一些單體的玻璃化溫度可以查表。

該公式計(jì)算值有一定參考價(jià)值，但其準(zhǔn)確度和單體組成有關(guān)，并不確定。

八、引發(fā)劑的選擇

溶劑型丙烯酸樹(shù)脂的引發(fā)劑主要有過(guò)氧類和偶氮類兩種。

常用的過(guò)氧類引發(fā)劑的引發(fā)活性見(jiàn)下表：

其中過(guò)氧化二苯甲酰（BPO）是一種最常用得過(guò)氧類引發(fā)劑，正常使用溫度70～100℃，過(guò)氧類引發(fā)劑容易發(fā)生誘導(dǎo)分解反應(yīng)，而且其初級(jí)自由基容易奪取大分子鏈上的氫、氯等原子或基團(tuán)，進(jìn)而在大分子鏈上引入支鏈，使分子量分布變寬。過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯是近年來(lái)得到重要應(yīng)用的引發(fā)劑，微黃色液體，沸點(diǎn)124℃，溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，室溫穩(wěn)定，對(duì)撞擊不敏感，儲(chǔ)運(yùn)方便，它克服了過(guò)氧類引發(fā)劑的一些缺點(diǎn)，所合成的樹(shù)脂分子量分布較窄，有利于固體分的提高。

偶氮類引發(fā)劑品種較少，常用的主要有偶氮二異丁腈（AIBN）、偶氮二異庚腈（ABVN）。其中AIBN是最常用的引發(fā)劑品種，使用溫度60～80℃，該引發(fā)劑一般無(wú)誘導(dǎo)分解反應(yīng)，所得大分子得分子量分布較窄。熱塑性丙烯酸樹(shù)脂常采用該類引發(fā)劑。其引發(fā)活性見(jiàn)下表：

為了使聚合平穩(wěn)進(jìn)行，溶液聚合時(shí)常采用引發(fā)劑同單體混合滴加的工藝，單體滴加完畢，保溫?cái)?shù)小時(shí)后，還需一次或幾次追加滴加后消除引發(fā)劑，以盡可能提高轉(zhuǎn)化率，每次引發(fā)劑用量為前者的10％－30％。

九、溶劑的選擇

用作室溫固化雙組分聚氨酯羥基組分的丙烯酸樹(shù)脂不能使用醇類、醚醇類溶劑，以防其和異氰酸酯基團(tuán)反應(yīng)，溶劑中含水量應(yīng)盡可能低，可以在聚合完成后，減壓脫出部分溶劑，以帶出體系微量的水分。常用的溶劑為甲苯、二甲苯，可以適當(dāng)加些乙酸乙酯、乙酸丁酯。環(huán)保涂料用溶劑不準(zhǔn)含“三苯”——苯、甲苯、二甲苯，通常以乙酸乙酯、乙酸丁酯（BAC）、丙二醇甲醚乙酸酯（PMA）混合溶劑為主。也有的體系以乙酸丁酯和重重芳烴（如重芳烴S－100，重芳烴S－150）作溶劑。

氨基烘漆用羥基丙烯酸樹(shù)脂可以用二甲苯、丁醇作混合溶劑，有時(shí)拼入一些丁基溶纖劑（BCS，乙二醇丁醚）、S－100、PMA、乙二醇乙醚乙酸酯（CAC）。

熱塑性丙烯酸樹(shù)脂除使用上述溶劑外,丙酮、丁(甲乙)酮（MEK）、甲基異丁基酮（MIBK）等酮類溶劑，乙醇、異丙醇（IPA）、丁醇等醇類溶劑也可應(yīng)用。

實(shí)際上，樹(shù)脂用途決定單體的組成及溶劑選擇，為使聚合溫度下體系處于回流狀態(tài)，溶劑常用混合溶劑，低沸點(diǎn)組分起回流作用，一旦確定了回流溶劑，就可以根據(jù)回流溫度選擇引發(fā)劑，對(duì)溶液聚合，主引發(fā)劑在聚合溫度時(shí)的半衰期一般在0.5～2h之間較好。有時(shí)可以復(fù)合使用一種較低活性引發(fā)劑，其半衰期一般在2～4h之間。

十、分子量調(diào)節(jié)劑

為了調(diào)控分子量，就需要加入分子量調(diào)節(jié)劑（或稱為粘度調(diào)節(jié)劑、鏈轉(zhuǎn)移劑）。分子量調(diào)節(jié)劑可以被長(zhǎng)鏈自由基奪取原子或基團(tuán)，長(zhǎng)鏈自由基轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)死的大分子，并再生出一個(gè)具有引發(fā)、增長(zhǎng)活性的自由基，因此好的分子量調(diào)節(jié)劑只降低聚合度或分子量，對(duì)聚合速率沒(méi)有影響。其用量可以用平均聚合度方程進(jìn)行計(jì)算，但是自由基聚合有關(guān)聚合動(dòng)力學(xué)參數(shù)很難查到，甚至同一種調(diào)節(jié)劑的鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)也是聚合條件的變量，因此其用量只能通過(guò)多組實(shí)驗(yàn)確定。原來(lái)用到的品種為硫醇類化合物。如正十二烷基硫醇，仲十二烷基硫醇，叔十二烷基硫醇，巰基乙醇，巰基乙酸，IOMP等。巰基乙醇在轉(zhuǎn)移后再引發(fā)時(shí)可在大分子鏈上引入羥基，減少羥基型丙烯酸樹(shù)脂合成中羥基單體用量。

硫醇類化合物含有硫，具有特殊的臭味，難以揮發(fā)，污染環(huán)境，有毒性。并且它們都是危險(xiǎn)化學(xué)品，運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用過(guò)程需要特殊處理，不僅麻煩，而且費(fèi)用較高。其殘余將影響感官評(píng)價(jià)，因此現(xiàn)在越來(lái)越多的丙烯酸樹(shù)脂改用環(huán)保無(wú)氣味的分子量調(diào)節(jié)劑。目前最常用的無(wú)氣味分子量調(diào)節(jié)劑就是α-甲基苯乙烯二聚體AMSD。α-甲基苯乙烯二聚體AMSD是一款真正意義上無(wú)氣味的分子量調(diào)節(jié)劑，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種丙烯酸樹(shù)脂中，在丙烯酸樹(shù)脂、丙烯酸酯類聚合生產(chǎn)過(guò)程中，加入AMSD可以有效調(diào)節(jié)丙烯酸樹(shù)脂的分子量，使丙烯酸樹(shù)脂的分子量小，分子量分布均勻，流平性好，粘度均勻，表觀明亮，透明度，耐候性好。另外根據(jù)聚合度控制原理，通過(guò)提高引發(fā)劑用量也可以對(duì)分子量起到一定的調(diào)控作用。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的如何设计一款合适的丙烯酸树脂？——丙烯酸树脂配方设计概要的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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