2.2環氧酯用量對水性丙烯酸樹脂性能的影響

2.2.1樹脂酸值

隨著環氧酯用量的增加,混合物的酸值降低,這是由于加人的環氧酯用量增加,稀釋了混合物中AA的占比,故酸值呈現一個減小的趨勢。升溫反應后混合物酸值明顯低于未升溫混合物酸值,這是因為在較高反應溫度下,AA中的羧基和環氧基團發生了反應,消耗了部分羧基,導致了酸值的降低。隨著環氧酯用量的增加,環氧酯中未反應的環氧基團數量增多,這會增長AA中的羧基和環氧基團酯化這一副反應的發生,導致酸值減小程度變大。

2.2.2穩定性、粒徑、黏度分析

TSI曲線可探究物質老化時間對穩定性的影響，TSI越小,物質穩定性越高。隨著時間的延長,若物質的TSI值呈現出先增加后平緩的趨勢,則表明物質老化到一定時間后趨于穩定。由圖5(a)可知,隨著環氧酯用量的增加,水性丙烯酸樹脂穩定性指數呈現先減小后增大的趨勢。當環氧酯用量在25%~35%時,水性丙烯酸樹脂穩定性好,原因可能是合成樹脂中的親水結構和疏水結構達到一個比較好的比例。當環氧酯用量在35%~45%時,水性丙烯酸樹脂穩定性變差,可能是因為環氧酯用量過多,環基團數量增多,產生的交聯位點增多,凝膠率增大,在較高的溫度下環氧基團會消耗部分羧基,且隨著環氧酯用量的增加,聚合物中苯環結構和桐油酸長碳鏈結構增多,都會導致樹脂的親水性變差,樹脂在水中的分散不穩定,穩定性變差。因此,當環氧酯用量為35%時,改性水性丙烯酸樹脂穩定性較好,老化時間為1h時,TSI為1.52。

在自乳化過程,聚合物中的疏水鏈段會對乳膠粒的親水性和分散性造成影響。由圖5(b)可知,隨著環氧酯用量的增加,粒徑呈現變大的趨勢,當環氧酯用量在25%~35%時,3組水性丙烯酸樹脂平均粒徑相差不大，在30nm左右。但當環氧酯用量在40%~45%時,樹脂平均粒徑急劇增大,在120nm左右,這是由于聚合物中苯環結構和桐油酸長碳鏈結構增多,聚合物疏水性增強,同時隨著環氧酯用量的增加,環氧基團數量增多,在較高溫度下,發生丙烯酸中的羧基和環氧基開環消耗親水基團這一副反應,導致親水基團數量降低,聚合物在水中的分散困難,致使乳膠顆粒變大,平均粒徑增大。

一般情況下,樹脂的黏度越小越好,在生產和水分散過程更方便,從樹脂和涂料性能方面考慮,黏度越大的樹脂,其涂層綜合性能會更優。由圖5(c)分析可知,隨著剪切速率的增大,樹脂的表觀黏度呈現出由急劇降低到逐漸平穩的趨勢,這是由于大分子鏈在剪切作用下發生取向排列,表明這種乳液是一種具有“剪切變稀”特性的假塑性液體。當環氧酯用量為25%時,制備的環氧改性水性丙烯酸樹脂的黏度**小,隨著環氧酯用量的增加,黏度也隨之變大,這是由于環氧酯用量的增加,提供了更多的反應活性位點，表現為聚合物相對分子質量增大,黏度變大。

2.2.3相對分子質量改性

不同環氧酯用量的樣品相對分子質量相差不大,均在4000左右。由于是自由基接枝反應,環氧酯提供的活性反應位點多,導致相對分子質量分布系數均較大。隨著環氧酯用量的增加,相對分子質量和相對分子質量分布系數大都增加,這是因為隨著反應物濃度的增加,提供了更多的反應活性位點,增加了分子間活性中心的碰撞概率,反應效率提高。但TEA-45的相對分子質量相較于TEA-40有所降低,這是由于聚合時丙烯酸類單體的用量是固定的,當環氧酯用量增大到45%時,環氧酯用量的增加并不能使相對分子質量增大,反而出現略微減小的趨勢。

（未完待續）

來源：陜西科技大學化學與化工學院、西陜西省輕化工助劑重點實驗室、涂料工業，邁愛德編輯整理