通過丙烯酸類單體與環氧樹脂接枝共聚反應,在環氧樹脂中引入強親水性基團-COOH使樹脂水性化,從而可得涂膜附著力、柔韌性、耐水性很好,適用作罐頭內壁涂料和防腐涂料。這就是丙烯酸/環氧樹脂接枝共聚物及其水性涂料,它作為食品級防腐材料,既有安全性、又有功能性,應用效果非常理想,得到了業界的高度肯定。
環氧樹脂具有優異的金屬附著性和防腐蝕性,是目前應用最為廣泛、最為重要的樹脂之一。常用環氧樹脂為非水溶性,目前生產應用的環氧涂料主要為溶劑型涂料,因此在大力提倡環保的今天,進行環氧樹脂水性化的研究具有十分重要的意義。專家表示,環氧樹脂水性化的方法主要有乳化法和化學改性法,其中乳化法包括直接乳化、相反轉、固化劑乳化法,都需要加乳化劑,這樣制得乳液的粒子粒徑較大,通常為微米級,由于存在較多的乳化劑,其耐水性和耐溶劑性等性能比溶劑型的差且適用期短。近20年來有人利用丙烯酸類改性環氧樹脂,得到的乳液粒子較細,可達納米級,乳液穩定性好。它既具有環氧樹脂的高模量、高強度、耐化學品和優良防腐性,又兼具丙烯酸樹脂光澤、豐滿度、耐侯性好等特點,特別適用于罐頭內壁涂料和汽車防腐涂料。
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鄭州大學工學院化工學院最近采用溶液聚合法,將丙烯酸單體接枝到環氧樹脂上,得到的環氧一丙烯酸樹脂復合溶液用胺中和后,加水稀釋即得水乳液,突破了常規乳液聚合只能在100℃以下進行限制,并可以通過調配環氧樹脂的比例,制得不同使用性能的乳液。研究人員通過重點考察環氧樹脂分子質量大小、丙烯酸單體種類、聚合反應溫度,以及反應時間等因素對乳液穩定性、漆膜性能影響,確定了最佳反應條件和漆膜固化條件。環氧-丙烯酸樹脂的合成反應是自由基聚合機理,環氧樹脂雖然沒有不飽和雙鍵,但含有醚鍵,其鄰位碳原子上的“a-H”和叔碳原子上的“H”相對而言較活潑,在引發劑自由基的作用下可形成自由基,引發與丙烯酸(甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯等)不飽和單體的接枝聚合反應,制得環氧丙烯酸樹脂。
聚合反應的接枝率不可能100%,最終產物為未接枝的環氧樹脂、接枝聚合的環氧樹脂和丙烯酸共聚物的混合物,其中環氧接枝丙烯酸樹脂作為增容劑使環氧樹脂與丙烯酸樹脂成為相容性較好的混和體系。采用色漆和清漆用漆基酸值的測定法GB6743-1986測定聚合反應制得的環氧丙烯酸樹脂的酸值,與簡單混合物的理論計算酸值接近,說明該聚合反應是丙烯酸單體與環氧樹脂脂肪碳鏈的接枝聚合反應,而沒有酯化反應。專家說,用二甲基乙醇胺中和成鹽,去離子水稀釋即可制得穩定的水分散性環氧丙烯酸乳液;環氧丙烯酸樹脂的合成反應選用大分子質量的雙酚A型環氧樹脂607(或609),共溶劑乙二醇單丁醚與正丁醇質量比為1:2,根據乳液穩定性和漆膜綜合性能確定反應條件,接枝反應溫度120℃,時間6h,50℃加二甲基乙醇胺中和及水分散反應1h。漆膜固化條件為大于150℃下30min烘干。