丙烯酸樹脂及其在粉末涂料中的應用46440

1、丙烯酸樹脂及其在粉末涂料中的應用一、概述丙烯酸樹脂一般指丙烯酸，甲基丙烯酸及其酯，某些乙烯基單體的聚合物。因為丙烯酸樹脂色淺，耐候性優(yōu)良，不易泛黃，耐熱，耐腐蝕，光學性能好，所以廣泛用于油漆涂料成膜物。在溶劑型涂料油漆中，不僅是耐候性室外涂料主要品種，而且還用來改性其他樹脂漆提高耐候性，尤其是汽車面漆和頂涂罩光漆，轎車漆中幾乎是丙烯酸樹脂一統(tǒng)天下。在水分散性涂料中，丙烯酸乳液也是唯我獨尊。但是在粉末涂料中，丙烯酸樹脂用量大大低于環(huán)氧樹脂和飽和聚酯樹脂，甚至不如聚氨酯樹脂。不過另一方面，在粉末涂料功能性助劑中，丙烯酸樹脂是其他樹脂都無可匹敵的，用量雖少，但使用廣泛，可以說粉末涂料配方中幾乎處處尋

2、覓到丙烯酸樹脂的身影。丙烯酸樹脂，環(huán)氧樹脂與聚酯樹脂之間的差異何在？從大分子聚合物的生成過程來看，有很大不同。粉末涂料用的環(huán)氧樹脂是由雙酚A與環(huán)氧氯丙烷不斷開環(huán)，閉環(huán)，一個接一個地增長，生成聚合物。聚合物聚合過程中的反應官能團即是聚合物最終產(chǎn)物的官能團，而且活性官能團是在聚合物的端部（羥基不參加熱固性粉末涂料的反應）。粉末涂料用飽和聚酯樹脂，是多元醇的羥基與多元酸的竣基不斷酯化，一個接一個增長。聚合過程的官能團也是聚合物最終產(chǎn)物的官能團，而且活性官能團也是在聚合物的端部。但是丙烯酸樹脂不同，丙烯酸樹脂生成過程是丙烯酸樹脂單體雙鍵的自由基聚合。而對于粉末涂料有關(guān)的官能團是丙烯酸單體側(cè)鏈上的活性基

3、團，也就是說與粉末涂料相關(guān)的官能團不參加樹脂的生成聚合過程。而且被單體帶到分子鏈上去的，也就是說如果單體除雙鍵以外沒有其他官能團，則該丙烯酸樹脂是熱塑性的。其二，聚合過程最終鏈終止時端基有可以是死端（deadendhavingnofunctionalgroups）,而不是分支官能團。其三，與粉末涂料相關(guān)的活性官能團的位置要由帶該活性官能團單體是如何聚合在大分子鏈上的，也就是多單體之間競聚率，以及單體相對濃度決定。往往活性官能團單體是無序進入分子鏈的分支。從丙烯酸樹脂的非化學特征來講，其表面張力較環(huán)氧樹脂與聚酯樹脂卻小，容易向表面滲透遷移，而且因為表面張力差較大，因此與環(huán)氧樹脂與聚酯樹脂的相容性

4、差。從經(jīng)濟價格上看，丙烯酸樹脂單體價格一般卻比環(huán)氧樹脂或聚酯樹脂價格高。二熱塑性丙烯酸樹脂在粉末涂料中作為助劑是目前丙烯酸樹脂的主要用途，如流平劑和濕潤劑。（一）使用最廣泛的粉末涂料流平劑是丙烯酸樹脂，代表產(chǎn)品是5011,它們是丙烯酸均聚物或丙烯酸共聚物，如丙烯酸正丁酯均聚物，丙烯酸異辛酯均聚物，丙烯酸二酯與丙烯酸異辛酯共聚物，丙烯酸正丁酯與丙烯酸異辛酯共聚物等。它們的結(jié)構(gòu)如下：聚丙烯酸正丁酯聚丙烯酸異辛酯丙烯酸正丁酯-丙烯酸異辛酯共聚物這些流平劑的玻璃化溫度都較低，室溫下都是高粘稠液體的熱塑性丙烯酸樹脂。流平劑的合成通常是溶劑法，溶劑有甲苯，二甲苯或異丙醇等。引發(fā)劑為過氧化苯甲酰、偶氮二異丁

5、睛。生產(chǎn)時，單體和引發(fā)劑同時滴入回流溶劑中，溶劑回流除去聚合熱，滴加完畢補加引發(fā)劑，充分聚合減少殘留單體。而后抽真空除去溶劑和小分子聚合物，得到產(chǎn)品。聚合物分子量在很大范圍內(nèi)都有良好的流平消除縮孔的作用。流平劑質(zhì)量要求顏色淺，呈水白色，殘留溶劑和低分子物要少。作者用無溶劑本體聚合法生產(chǎn)流平劑，減少環(huán)境污染，降低成本2。粘稠液狀流平劑在粉末涂料生產(chǎn)中使用很不方便，現(xiàn)多采用載體吸收法制成母料固體。用于吸收的載體材料有樹脂，如環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂，也有無機材料，如膠體二氧化硅（白碳黑）、碳酸鈣、硫酸鋼等。吸收后，流平劑有效成分為10%70%用樹脂吸收的流平劑，在粉末涂料配方中，要從相應樹脂中扣除流平劑

6、中所含的該樹脂份數(shù)。若用膠體二氧化硅、CaCO3、BaSO4等無機物吸收的流平劑，則在粉末涂料中帶入了相應的填料。普遍認為流平劑的作用是在粉末涂料成膜過程中，流平劑滲透到涂膜表面，改變表面張力，消除縮孔。流平劑對消除、減輕桔皮的作用不大。流平劑用量過多，反而會使表面產(chǎn)生霧影或發(fā)粘。丙烯酸流平劑的用量通常為料末涂料總量的0.8%1%T效成份。流平劑用量對粉末涂料的影響見表1。表1丙烯酸流平劑用量對涂膜的影響流平劑用量（粉末涂料總量%）外觀機械性、抗沖擊性/50.0kgcm耐溶劑MEK/次其他0.2有縮孔OK>300沒有完全消除縮孔0.8無縮孔OK>2502.0無縮孔輕微霧影OK115

7、3.5無縮孔手感發(fā)粘OK108貯存，穩(wěn)定性下降透明罩光頂涂面粉末涂料用的流平劑應選用互溶性好的樹脂及吸收流平劑，若是無機載體吸收的流平劑應選擇相近折光的載體流平劑。否則會影響透明粉末的透明性。在美術(shù)型粉末涂料中，改變流平劑的用量可以調(diào)節(jié)美術(shù)型粉末涂料涂膜表面的花紋。(二)潤濕齊1J(WetingAgent)潤濕劑又稱光亮劑、增光劑，代表產(chǎn)品是701。潤濕劑通常是甲基丙烯酸甲酯均聚物或甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸正丁酯共聚物，甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸異辛酯共聚物。因甲苯、二甲苯作溶劑溶液聚合，引發(fā)劑是過氧化二苯甲酰，聚合后，真空脫除溶劑，冷卻后破碎，成產(chǎn)品。共聚時，也可以加入適當量苯乙烯，但加入量不宜過

8、高，以避免涂膜外觀產(chǎn)生亮點，或使機械性變差。共聚物玻璃化溫度在5560C之間，常溫下是固體，可以直接加入粉末涂料配方中。典型潤濕劑的化學結(jié)構(gòu)式如下：潤濕劑在粉末涂料中提高光澤的原因與流平劑相似。在涂料烘烤時，潤濕劑會滲浮在顏填料表面或滲浮到涂膜表面，有助于連接料對顏填料的潤濕，而提高涂膜光澤，但因為潤濕劑在烘烤溫度下黏度大大高于流平劑黏度，所以對微細針孔有消除作用，但對于縮孔的消除作用并不明顯。加入潤濕劑還可以降低其它物質(zhì)對涂膜表面的干擾作用。潤濕劑對提高光澤的數(shù)值一般在數(shù)度范圍，不可能提高十幾度或數(shù)十度。潤濕劑在粉末涂料配方中一般用量在1%5%太少不起作用，太多會影響機械性能。表2是潤濕劑不

9、同用量對3羥烷基酰胺-聚脂樹脂粉末涂料的影響。潤濕劑用量內(nèi)粉末涂料總量）光澤/60°機械性能耐沖擊50Kgcm耐溶劑性/MEK次數(shù)外觀（針孔）089OK120大而多針孔+0.592OK100小針孑L+1.092OK65無針孔02.089OK40無針孔05.085X30無針孔、桔皮+0在美術(shù)型粉末涂料中，為了產(chǎn)品特殊外觀效果。潤濕劑用量可以從0到更多。（三）熱塑性丙烯酸粉末涂料熱塑性丙烯酸粉末涂料是由不含或含極少量活性官能團的熱塑性丙烯酸樹脂為成膜物的粉末涂料。其優(yōu)點是其優(yōu)良的光學性能和保光性能，其缺點是附著力和機械性能不足，若分子結(jié)構(gòu)中含有少量丙烯酸或甲基丙烯酸鏈節(jié)，可以提高其與底材

10、或底漆的附著力。該粉末涂料較多用作透明面涂、罩光透明粉末薄涂層。此外，以乙烯-丙烯酸共聚熱塑性樹脂作為成膜物的熱塑性粉末料涂，用于涂覆鋼管。因為在乙烯中加入丙烯酸單體共聚，使鏈上增加竣基，大大提高了熱塑性聚乙烯粉末涂料與底材的附著力，且能保持聚乙烯的耐腐蝕性、耐滲透性，是一種高性能復合熱塑性管道粉末涂料。三、熱固性丙烯酸樹脂粉末涂料由熱固性丙烯酸樹脂與交聯(lián)劑或交聯(lián)樹脂為主要成膜物的粉末涂料稱為熱固性丙烯酸粉末涂料。熱固性丙烯酸樹脂是由含活性基因的丙烯酸酯單體共聚得到主鏈為丙烯酸，側(cè)鏈帶有活性官能團的丙烯酸樹脂，酯基上帶有縮水甘油脂儲環(huán)氧基）或帶羥基、竣基和不飽和鍵等官能團。（一）帶環(huán)氧基的丙烯

11、酸樹脂共聚丙烯酸樹脂帶環(huán)氧基的最主要單體是甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）。甲基丙烯酸縮水甘酯沸點195C,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）41C,相對分子質(zhì)量（MW）.142.15,折光指數(shù)nD251.4482,密度1.073,溶于水。共聚時，引入酯基上帶有環(huán)氧基的縮水甘油基。甲基丙烯酸縮水甘油酯樹脂由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚，可以適當引入苯乙烯提高耐水性，但是苯乙烯加入會使耐候性降低，也會使?jié)櫇裥?、互溶性變差，出現(xiàn)亮點。控制甲基丙烯酸縮水甘油酯含量變化可以制得不同環(huán)氧當量的產(chǎn)品，使分子官能度不同，改變樹脂固化交聯(lián)密度。不同環(huán)氧當量的產(chǎn)品在粉末涂料中有不同的用途

12、。參與共聚的其他單體的種類和比例可以調(diào)節(jié)玻璃化溫度。引發(fā)劑是過氧化二苯甲?；蚺嫉惗【Γ罢叻纸夂笥蟹纸猱a(chǎn)物留在聚合物中，后者分解后沒有殘留物。一般用甲苯、二甲苯等作溶劑進行溶液聚合。聚合結(jié)束后抽除溶劑及殘留單體或低分子物，冷卻得到固體產(chǎn)品。GMA樹脂機械抗沖擊性能不高，在合成時加入長碳鏈脂肪酸與環(huán)氧基反應生成酯，有內(nèi)增塑作用，可以提高耐沖擊性。表3GMA丙烯酸樹脂和性能潤濕劑用量內(nèi)粉末涂料總量）光澤/60°機械性能耐沖擊50Kgcm耐溶劑性/MEK次數(shù)外觀（針孔）089OK120大而多針孔+0.592OK100小針孑L+1.092OK65無針孔02.089OK40無針孔05.08

13、5X30無針孔、桔皮+0GMA樹脂典型化學結(jié)構(gòu)如下：環(huán)氧當量不同的產(chǎn)品，有不同用途，按GMA樹脂環(huán)氧當量分為三級：環(huán)氧當量700左右，利用縮水甘油酯和TGIC與竣基反應速度差及不相容性，用作戶外粉末超低光澤的消光樹脂，可以做到10度以下。例如以下配方（烘烤200c/10min）：戶外用聚脂樹脂P9336（3035mkOH/g）285TGIC10SY200-795流平劑56增光劑510安息香24鈦白粉130170消光硫酸鋼50100配方TGIC/GMA-700比例增大，涂膜光澤增加，比例減小，光澤降低。制粉時，分散要充分，混合要盡量均勻。環(huán)氧當量500左右的GMA樹脂用酸交鏈制造丙烯酸粉末涂料，

14、酸交聯(lián)劑一般用柔韌性好的二元酸，如十二碳二酸，另加少量E-12環(huán)氧樹脂，用以增加涂膜的附著力和機械性能，該粉末涂料可以薄涂30-50m。示例配方：GMA樹月旨SY200-5500DDDA結(jié)晶十二碳二酸120安息香5流平劑PV8810鈦白粉R920350環(huán)氧樹脂E-1250配方中加入適量紫外線吸收劑是有益的。環(huán)氧當量300左右的GMA樹脂，其每個分子多達九個環(huán)氧基官能團?？梢院艽筇岣呓宦?lián)密度，用于耐熱粉末涂料中。環(huán)氧當量300的GMA樹脂還可以用于美術(shù)粉末涂料中，提高表面浮凸花紋效果。環(huán)氧、聚酯、聚氨酯和丙烯酸粉末涂料性能比較見表4。表4四類粉末涂料性能比較表潤濕劑用量內(nèi)粉末涂料總量）光澤/60

15、°機械性能耐沖擊50Kgcm耐溶劑性/MEK次數(shù)外觀（針孔）089OK120大而多針孔+0.592OK100小針孑L+1.092OK65無針孔02.089OK40無針孔05.085X30無針孔、桔皮+0溶劑型和水分散型涂料中丙烯酸樹脂涂料是戶外用途的首選。在粉末涂料中目前還沒有如此重要。但是丙烯酸樹脂粉末涂料在汽車面漆（primer-surface）和罩光清漆（cleartopcoating）方面已經(jīng)被日益關(guān)注。（二）竣基丙烯酸樹脂丙烯酸、甲基丙烯酸或順丁烯二酸酎等帶竣基丙烯酸單體參與共聚生成的丙烯酸樹脂帶竣基。順丁烯二酸酎作為共聚單體時，因為其競聚率很低，而且會使丙烯酸樹脂耐候性大

16、大降低，受光、熱作用極易泛黃，所以較少用作竣基丙烯酸樹脂單體?？⒒┧針渲湫团浞饺缦拢航M份質(zhì)量甲基丙烯酸5.0甲基丙烯酸甲酯45.0丙烯酸正丁酯45.0苯乙烯5.0偶氮二異丁睛工%3%甲苯100溶劑法，滴加共聚，聚合溫度109112C,脫溶劑得到產(chǎn)品，其性能酸價35mgkOH/g、玻璃化溫度55C、黏度80PS/165C、Mn3000-5000。另一制備竣基丙烯酸樹脂方法是先制成羥基丙烯酸樹脂，而后用多元酸或其酊與羥基使之反應，留下部份竣基得到竣基丙烯酸樹脂、例如：用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸羥丙酯制得羥基丙烯酸樹脂，而后與反丁烯二酸酊反應，可制得酸價為70-200mgkoH

17、/g左右的竣基丙烯酸樹脂?？⒒┧針渲铆h(huán)氧樹脂或其他固化劑交聯(lián)，可以制得性能好的粉末涂料。目前，竣基丙烯酸樹脂的市場很少，有待開發(fā)應用。用這類樹脂制造環(huán)氧消光粉末涂料，其機理是雙氧胺與環(huán)氧樹脂反應速度慢，而高酸值丙烯酸樹脂與環(huán)氧樹脂反應快得多。若用于混合型粉末涂料中，則有三個基本組份：環(huán)氧樹脂，聚酯樹脂和高酸值丙烯酸樹脂。必須細心調(diào)整，使固化速度平衡，制備設(shè)計要求有光澤的粉末涂料。光澤可以達30%40%固化條件是200C/15min,高酸值丙烯酸樹脂用于混合型粉末涂料消光時應加入乙基三苯基澳化磷催化劑。高酸值丙烯酸樹脂配制低光粉末涂料，不適宜淺色。（三）羥基丙烯酸樹脂羥基丙烯酸樹脂是用（甲

18、基）丙烯酸羥乙酯或甲基丙烯酸羥丙酯作單體組份與甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、苯乙烯等單體共聚。使在側(cè)鏈酯基上帶有羥乙基或羥丙基。羥值控制在2550mgKOH/g之間，分子量Mn3000-5000,玻璃化溫度在5560C或更高些。典型的樹脂合成是溶劑法，合成后脫除溶劑，得到固體樹脂，例如：組份質(zhì)量份甲基丙烯酸甲酯70甲基丙烯酸羥乙酯10丙烯酸正丁酯30苯乙烯50過氧化苯甲酰3甲苯150反應釜內(nèi)加入甲苯、回流。丙聚酸酯單體和引發(fā)劑同時滴入反應釜。在105110C單體共聚，甲苯回流除去聚合生成的熱，而后常壓、減壓脫溶劑。溫度可達160170C,真空度大于0.95mp,趁熱出料，冷卻粉碎。該樹脂羥值27mgKOH/g、Tg為65C?？梢杂梅忾]異氟酸酯