涂料_第四章)

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热固性丙烯酸树脂的本质:将分子量较低的丙烯酸 树脂,在涂布以后经分子间反应而构成大的体型分 子。 优点:热固性丙烯酸涂料有较高的固体份,好的光 泽、抗化学、抗溶剂、抗碱、抗热性等。 缺点:一定的使用寿命,不能长时间贮存。
主要通过羟基、羧基、胺基、环氧基与交联剂反 应,最常见的是通过羟基的反应。
·
二类基团间容易自聚。
三、酸催化剂、潜酸催化剂 一般无机酸不能和树脂及有机溶剂相溶,只
能用有机酸。 常用对甲苯磺酸酸性高、溶解性能好。 酸的用量和反应速度有关,通常加入过量的
有机酸。但酸过量损害漆膜的抗水解性能。
潜酸催化剂是指在常温条件下,不具备催化性能, 而在高温下可分解出酸,起催化作用。
(3) 控制聚合温度; (4) 控制滴加单体和引发剂的方法和速度; (5) 控制溶剂,链转移剂浓度一定。
现在高固体份丙烯酸涂料在喷涂粘度下体积 固含量可达54-56%(重量固含量70-72%)。
5.6 水稀释性丙烯酸树脂
热固性水溶性 首先制备水溶性聚合物,在成膜时将其转化成抗水 性的坚韧漆膜。 例如:氨基树脂,N-羟甲基丙烯酰胺、多价金属离 子作为交联剂。 锌盐可用氨制成锌氨络离子,和用氨中和的羧端基 的聚合物相混,水和氨挥发后,二价锌最为交联剂 使聚合物形成交联结构。
根据我国国情,用部分苯乙烯(S)取代MMA (苯乙烯含有苯环,光老化性能差)
配方如下:
S/MMA/BA/HEMA/AA 25 25 39 10 1
热固性丙烯酸树脂和氨基树脂结合用于涂料,即 氨基丙烯酸树脂涂料。
与氨基醇酸相比,优点是室外稳定性好,保光性 好,用于闪光漆。但丰满度不如氨基醇酸,表面 张力较大,施工性能不如氨基醇酸,易产生抽缩 和缩孔。
典型共聚配方如下:
MMA/BA/HEMA/AA
50 39 10 1 MMA:甲基丙烯酸甲酯,硬单体,聚合物的主体; BA:丙烯酸丁酯,软单体,用来调节玻璃化温度, 提供链的柔性; HEMA:甲基丙烯酸羟乙酯,提供自由的羟基,用 于交联; AA:丙烯酸,有较好的附着力并有助于防止颜料 絮凝和膜的龟裂,引入的羧基用于交联。
第二类甲醚化MF树脂纯度较差,醚化度低, 聚合体含量高。
2、黏度、溶解度 在同等固含量情况下,第二类的黏度高,因为
二聚体含量高;第一类在有机溶剂中的溶解度和 混溶性较好。
3、交联反应 两类甲醚化MF树脂交联机理不同。
4、漆膜性能 第一类树脂的漆膜较柔顺;第二类的较脆。
5、贮藏稳定性 第一类树脂稳定性较好;第二类的较差,因第
丙烯酸酯的共聚合反应:大多用自由基聚合形式 进行,它可以经过配方的调节得到不同硬度、柔 韧度和其它要求的性质。
构成的涂料有:
溶剂型、水分散型、水稀释型、粉末型 以及光敏性涂料。
5.2 丙烯酸酯的共聚物与共聚单体
常用单体 硬单体 :甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基丙烯酸、 乙酸乙烯酯 聚合物玻璃化温度较高,膜较硬且脆。 软单体: 丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙 基已酯 聚合物玻璃化温度低,膜软且粘。 单独使用都不能满足要求。
O AIBN
H2C CH COC12H25
CH2 CH n CO 2C 12 H 25
CH2 CH n
BPO MMA
CO2C12H25
CO2CH3 CH2 C CH2 CH2 C n CH3 CO2C12H25
CO2CH3 Cm CH3
水溶性聚合物并非真正水溶性聚合物,是一种 胶体分散液。粒子极细且透明,称为“溶液”。
当共聚物中含有50%的丙烯酸单体时,聚合物是 真正可溶的,当减少至20%时是典型的分散体。 水溶性→水稀释性
用氨基树脂固化的水稀释性丙烯酸树脂的配方:
MMA/BA/HEMA/AA
45 38 10 7 BA:软单体; MMA:硬单体; HEMA:引入可和氨基树脂反应的羟基,增加亲水 性; AA:提供羧基,含量越高,亲水性越好,一般用 5%-10%。
组成:丙烯酸及其酯
均聚物和共聚物
甲基丙烯酸及其酯
聚甲基丙烯酸酯
聚丙烯酸酯
丙烯酸单体与甲基丙烯酸单体性质上有明显不 同。以均聚物为例:
聚甲基丙烯酸酯:空间阻碍较大,链旋转困难, Tg较高,高抗张强度和低的伸长率,很好的抗 水解性能以及化学稳定性。
聚丙烯酸酯:阻碍较小,链旋转容易,Tg较低, 有高的伸长率,但抗张强度低。另外,由于和 羰基相邻的氢原子反应活性高,易被自由基所 夺取,水解稳定性、光化学稳定性稍差。
对甲苯磺酸的胺盐
四、丁醇醚化和甲醇醚化
丁醇醚化产物的稳定性增加,因丁醇不易挥 发,但固化速度变慢。需提高温度。
甲醇醚化 125~130℃ 30min
丁醇醚化 150℃
30min
丁醇醚化的产物在有机溶剂中溶解性好,但 水溶性不如甲醇醚化的产物好。
1、三聚氰胺与过量甲醛反应,在碱性条件下应生成 ( D )。 A、三羟甲基三聚氰胺 B、四羟甲基三聚氰胺 C、五羟甲基三聚氰胺 D、六羟甲基三聚氰胺
通常是丙烯酸单体间相互配合产生共聚物,提 高性能。
主要类型: 全丙涂料:将丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯共聚物作为 涂料成膜物的涂料; 苯丙涂料:将丙烯酸酯与苯乙烯共聚物; 乙丙(或醋丙)涂料:丙烯酸酯与乙酸乙烯酯共聚物。
单体共聚作用:
• 改进树脂的玻璃化温度,调节树脂的极性、溶 解度以及机械力学性能,改进与底材的附着力 (可添加少量丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸二 甲胺基乙酯等单体) • 引进官能基,用以和交联剂反应形成交联结构, 主要的功能单体有丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙 酯、N-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、 丙烯酸缩水甘油酯,丙烯酰胺等。
过量
(白色结晶固体)
控制甲醛的量,可得到不同数目羟甲基的三 聚氰胺及其醚化产物。
三羟甲基三聚氰胺及三甲氧基甲基三聚氰胺 工业上只能制得含量为50%的产物。
以上反应都是可逆的,可以相互缩合,也可 发生自缩合反应。
二、不同类型的甲醚化MF树脂的比较 1、组成
第一类甲醚化MF树脂比较纯,醚化程度高, 自聚体量低;
丙烯酸树脂的研究最早始于1805年,1953年才用 于涂料。
丙烯酸涂料性能:
优异的耐候性 广外曝晒耐久性强,
耐光性
耐紫外光照射不易分解和变黄,
能长期保持原有的光泽和色泽,
耐热性
在170度温度下不分解、不变色,
耐腐蚀
有较好的耐酸、碱、盐、油脂、
洗涤剂等化学品沾污及腐蚀性能,
极好的柔韧性
应用领域:
用于汽车、家电、飞机、电子、造纸、纺织、 金属、建筑、塑料、木材等工业上的保护和装饰。
2、MF树脂有( A )个反应性基团。 A、6 B、5 C、4
3、作为交联剂,醚化的氨基树脂是和多羟基聚合物 通过(A)反应完成交联的。 A、醚交换 B、复分解 C、酯交换
4、将甲醇改成丁醇去醚化MF树脂,其产物的稳定 性将(A)
A、增加 B、减小 C、不变
5、氨基树脂必须用醇类醚化后才能应用于涂料,所
用的醇类主要有


(任举三例)
等。
(甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、辛醇)
6、氨基化合物主有



(尿素、三聚氰胺和苯代三聚氰胺)
苯代三聚氰胺
7、用于生产氨基树脂的原料主要

、、

(氨基化合物、醛类、醇类)
8、热固性涂料中最重要的交联剂是 氨基树脂 。
10、潜酸催化剂是指在常温条件下,它不 具有催化 性能 ,而在高温下 可分解出酸 ,起催化作用。
交联:醚化的氨基树脂和多羟基聚合物(多元醇) 发生醚交换反应。 氨基树脂中的醚较活泼,可以和醇、酸、酰胺反 应。
P代表聚合物 M代表MF的其他部分 R’为H或
一、三聚氰胺-甲醛树脂的制备及醚化 三聚氰胺与过量甲醛反应,碱性条件下生成六羟 甲基三聚氰胺
Fra Baidu bibliotekpH 9-10
过量
亲核加成
在酸性条件下与过量甲醇反应—六甲氧基甲基三聚 氰胺
一般要求 MW约9000,在室外使用有突出保光性。 高于105000时喷涂会有拉丝现象。
平均相对分子过高对保光性改善不明显,且影响 固体含量。
相对分子质量分布愈窄愈好,可以使用平均相对 分子质量高的树脂,保光性好。
单纯的聚甲基丙烯酸甲酯太脆,附着力差,溶剂 不易挥发,因为Tg高。需加增塑剂,如邻苯二甲 酸丁酯等。
丙烯酸乳胶漆一般由丙烯酸类乳液、颜填料、水、 助剂组成。 优点:成本适中,耐候性优良、性能可调整性好, 无有机溶剂释放。 是近来发展十分迅速的一类涂料产品。 用途:建筑物的内外墙涂装,皮革涂装等。 近来又出现了木器用乳胶漆、自交联型乳胶漆等新 品种。
二、非水分散体系
和乳胶类似,外相是烃类溶剂。 成膜机理:与乳胶类似。 非水分散体系的黏度与聚合物的相对分子质量无关, 可做到高固体份。 例如:丙烯酸酯型的非水分散体系,可通过分散聚 合制备。
引入羟基
丙烯酸羟乙酯 丙烯酸羟丙酯 N-羟甲基丙烯酰胺
可和自身、和羟基、羧基反应,称为自交联单体。
羟甲基与羟甲基反应
羟甲基与羟基反应 羟甲基与羧基反应
单体
甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯 甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯 甲基丙烯酸和丙烯酸 丙烯酸乙酯和丙烯酸正丁酯 丙烯酸2-乙基己酯 甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯 甲基丙烯酰胺、丙烯腈 丙烯腈、氯乙烯、偏氯乙烯 甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸 苯乙烯、含芳香族的单体
进入70年代后用量急剧下降,取而代之发展的 是热固性丙烯酸涂料,特别有前途的高固体份 的丙烯酸涂料。
一、热塑性丙烯酸树脂
单体:甲基丙烯酸甲酯 自由基溶液聚合 溶剂:甲苯/丙酮 引发剂:过氧化二苯甲酰(BPO)或偶氮二异丁 腈(AIBN,单体浓度的0.2%~1%) 使用BPO,聚合物有支链,可引入苯环,影响抗 紫外性能。用AIBN较好。 反应温度:90~110℃
第四章 氨基树脂及丙烯酸树脂
4.1 氨基树脂
氨基树脂是热固性涂料中最重要的交联剂。 氨基树脂:是指含有氨基的化合物与醛类(甲醛) 经缩聚反应制得的热固性树脂。 反应通式:
酸性条件下易聚合
←羟甲基化合物 用醇将羟甲基醚化
氨基树脂通常作为交联剂。 三聚氰胺—甲醛树脂(MF树脂)
广泛用于汽车涂料和高质量的工业涂料, 赋予较好的热稳定性、耐久性、硬度和较快 地固化速度。 氨基树脂=MF树脂及其醚化产物
通过共聚可以改善聚甲基丙烯酸甲酯的性质。
增塑剂的作用机理是增塑剂分子插入到聚合物 分子链之间,削弱了聚合物分子链间的应力,结 果增加了聚合物分子链的移动性、降低了聚合 物分子链的结晶度,从而使聚合物的柔韧性增 加。
二、热固性丙烯酸涂料
热塑性丙烯酸涂料的固含量太低,可以用降低分子 量的方法来提高固含量,但是会影响膜的性能。
加入少量有机硅或丙烯酸长链烷基酯的聚合物来 改善施工性能。
5.5 高固体份丙烯酸树脂
固体份与聚合物的分子量有关,分子量越小, 固含量越高,但是分子量过小会减少反应基团的数 目(如羟基),不能满足交联的要求。
措施: 1、增加HEMA的量; 2、相对分子质量分布尽量窄,极性基团分布尽量 均匀。
在合成时可采取下列措施: (1) 引发剂一定要用偶氮化合物,不能用BPO; (2) 使用硫醇作为分子量调节剂,可使末端带有羟 基;
引发剂:BPO,偶氮二异丁腈更好; 溶剂:可溶于水的有机溶剂(共溶剂),丙二醇 的单醚,异丙醇、丁醇等。 决定了挥发性能,毒性和价钱。
5.7 丙烯酸乳胶与非水分散体系
一、乳胶漆
乳胶漆是乳胶涂料的俗称。 成膜机理:乳胶成膜 优点:安全、污染少、施工方便、便于清洗、干燥 快、透气性好。 乳胶漆中最重要的品种是丙烯酸乳胶,根据乳液的 不同可分为全丙、苯丙、醋丙、硅丙等品种。
11、MF树脂可与其他树脂上的 羟基 、 羧基 和 胺基反应,形成 交联结构 。
12、氨基树脂概念 是指含有氨基的化合物与醛类(主要是甲醛) 经缩聚反应制得的热固性树脂。
13、写出三聚氰胺、六羟甲基三聚氰胺、六甲氧 基甲基三聚氰胺结构式。
4.2 丙烯酸树脂
丙烯酸树脂是在涂料中应用最多、最重要的烯类 树脂。用途:涂料、黏合剂、纺织助剂等领域。
单体对膜性质的影响 室外耐久性 硬度
韧性
抗水性 抗撕 耐溶剂
光泽
5.3 丙烯酸树脂的合成
基本反应
自由基反应,经过链引发、链增长、链终止3个 基本过程,并伴随链转移。 链引发
链增长
链终止 链转移
5.4 溶剂型丙烯酸涂料
最早使用的是热塑性丙烯酸涂料。
50年代中期后在美国它几乎取代了汽车用的硝 基漆。但其固体含量太低(12%),大量溶剂 逸入大气中。
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