闫福安——水性树脂合成理论及实践

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1、水性树脂合成理论及实践武汉工程大学化工与制药学院闫福安教授2012.11.21常州水性树脂合成理论及实践摘要：本文对一些重要的水性树脂（水性丙烯酸酯树脂、水性醇酸树脂、水性聚酯树脂水性环氧树脂及水性光固化树脂）的合成原理、合成工艺、改性及其应用进行了介绍，以促进水性树脂、水性涂料和水性粘合剂的研究与开发。关键词：水性树脂；合成原理；改性；进展；应用水性树脂合成理论及实践1引言随着社会的发展，涂料产量愈来愈大，应用越来越广。传统的涂料（油漆）和粘合剂含有大量有机溶剂，施工后大量的芳烃、酯、酮类等有机挥发物进入大气

2、，不仅浪费了宝贵资源，且危害人类健康。据统计，全世界每年向大气排放的碳氢化合物约为2000万吨，其中有机溶剂1000万吨，大部分是涂料所为。因此，各国的环保法规日益加强，对涂料、黏合剂VOC降低的呼声越来越高，溶剂型产品正在向“水性化、高固体份化、粉末化和辐射可固化”即“四化”方向发展。从技术成熟度和应用范围看，水性化是一个最为重要的方向。水性树脂合成理论及实践2水性树脂的分类水性涂料树脂按照组成可分为：（1）水性丙烯酸树脂。包括水溶型、水分散体型和水乳型三大类；（2）水性聚氨酯。主要产品有聚酯型和聚醚型；芳香

3、族型和脂肪族型；阴离子型和阳离子型；羧酸盐型和磺酸盐型；（3）水性聚氨酯-丙烯酸树脂杂化体。如芳香族水性聚氨酯-丙烯酸树脂杂化体、脂肪族水性聚氨酯-丙烯酸树脂杂化体等；（4）水性醇酸树脂及水性聚酯树脂；（5）水性环氧树脂；（7）光固化水性树脂。随着科学技术的不断发展和进步，新的水性树脂还将不断涌现。水性树脂合成理论及实践水性树脂也可以根据其结构特征和成膜时是否发生交联反应分为热塑性树脂和热固性树脂。由水性热塑性树脂配制的单组分水性涂料贮存期长，施工方便，成本较低，但由其形成的热塑性涂膜致密性低，涂膜的耐水性、耐

4、溶剂性、耐磨性较差，可以满足一般产品的涂饰，不适合一些高档产品的涂饰。由水性热固性树脂配制的单组分烘漆和双组分室温自干漆，通过交联反应形成网络状结构，这些致密的涂膜可以阻碍水、有机溶剂的作用，极大提高涂膜物化性能。水性树脂合成理论及实践3水性树脂合成原理、工艺及改性进展3.1水性丙烯酸树脂丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯同苯乙烯和醋酸乙烯酯等乙烯基类单体的共聚物通称为丙烯酸树脂，以其为成膜物质的涂料称作丙烯酸涂料；该类涂料具有色浅、保色、保光、耐候、耐腐蚀和耐污染等优点，广泛应用于家具、金属、塑料、建筑、皮革、纸张、纺织

5、品的涂饰。随着石油化工技术的发展，丙烯酸及其酯类单体的供应充足，进一步促进了丙烯酸涂料的开发和推广。国外丙烯酸系树脂涂料的发展很快，目前已占涂料用合成树脂的１/３以上。主要剂型有：（１）溶剂型涂料；（２）水性涂料；（３）高固体分涂料、紫外光固化涂料和粉末涂料。其中水性丙烯酸涂料的研制和应用发展较快，是水性涂料中发展最快、品种最多的产品。水性树脂合成理论及实践3.1.1水性丙烯酸树脂的分类水性丙烯酸树脂包括丙烯酸树脂乳液、丙烯酸树脂分散体及丙烯酸树脂水溶液三大类，其中水乳液是最重要的品种。丙烯酸酯乳液主要是由油性

6、烯类单体借助乳化剂作用乳化在水中，由水溶性自由基引发剂引发聚合而成。乳液聚合是一种重要的自由基聚合实施方法。由于其独特的聚合机理，可以以高的聚合速率合成高分子量的聚合物，是橡胶用树脂（丁苯橡胶）、乳胶漆基料的重要聚合方法。其中丙烯酸乳液是最重要的乳胶漆基料，产量很大。丙烯酸树脂分散体可用乳液法或转相法合成。聚合物水溶液则是通过水溶液自由基聚合合成。水性树脂合成理论及实践从粒子粒径看：乳液粒径>分散体粒径>水溶液粒径。从应用看以前两者最为重要。水稀释性丙烯酸树脂由溶液聚合再经转相合成，其胶粒粒度不确定

7、，可以从真溶液到乳液。近年来开发的水性丙烯酸树脂二级分散体应属于水稀释性丙烯酸树脂。丙烯酸乳液主要用作乳胶漆的基料，应用领域还在不断拓展；根据单体组成丙烯酸树脂乳液通常分为纯丙乳液、苯丙乳液、醋丙乳液、硅丙乳液、叔醋（叔碳酸酯－醋酸乙烯酯）乳液、叔丙（叔碳酸酯－丙烯酸酯）乳液、氟碳乳液、氟丙乳液等。丙烯酸酯树脂水分散体的开发、应用日益引起人们的重视，在工业涂料、民用涂料领域的应用不断拓展。水性树脂合成理论及实践3.1.2水稀释性丙烯酸树脂的合成水稀释性丙烯酸树脂由溶液聚合和转相法制备。溶液聚合是指将单体溶解在溶

8、剂中进行的聚合。通常采用油性引发剂引发，用水溶性醇醚或醇类作溶剂，混合单体以“饥饿”态滴加，可用分子量调节剂控制分子量。树脂经有机碱中和形成盐基实现其水溶性（或水分散性），搅拌下加入去离子水，即得到透明的丙烯酸树脂水溶液或乳样的丙烯酸树脂水分散体，粒度主要决定于酸值。水性树脂合成理论及实践合成原理如下：R1n1CH2=CCH3?n2CH2=C+n3CH2=CH?n4CH2=CH+OHn