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随着对环境保护的要求日益严格,不含挥发性有机化合物(VOC),或低VOC,或不含有害空气污染物(HAP)的体系已成为新型材料的研究方向。水性涂料代替有机溶剂涂料也越来越受到人们的关注,其中水性丙烯酸酯涂料因其具有优异的保色保光性能、耐候性能和力学性能而获得广泛的应用。按成膜时是否发生交联反应,水性丙烯酸酯涂料可分为热塑性和热固性两大类。热塑性涂料成膜时依靠粒子间的聚结提高物理机械性能和化学抵抗力,而热固性涂料成膜时发生化学交联反应以改善涂膜的性能。
热固性水性丙烯酸酯涂料现在常用的交联剂如N—羟甲基丙烯酰胺等,生产和使用过程中都会释放甲醛等有毒有害物质。研究新型的环保、高效交联剂已成为一个重要的课题。交联的基本原理是利用分子上具有反应活性强的官能团进行反应,令大分子成为体型结构,分子间通过共价键紧密连接,从而提高聚合物的各项性能。我们考虑开发一种新型的无毒交联单体,其分子上同时具有环氧基、羧基、羟基这些高反应活性的基团,并且这种交联单体要水溶性强,易与水性丙烯酸酯互溶分散,进行交联。在这种思路的引导下,尝试使用环氧树脂与丙烯酸类单体进行接枝聚合反应,合成上述产品,以替代原有的N—羟甲基丙烯酰胺作丙烯酸酯树脂的交联剂。
设计正交实验,寻找合适的聚合条件、单体配比、引发剂用量等重要反应因素,合成了分散性和稳定性良好的水性乳液,经实验测试证明,分子结构中同时含有我们预期想要的环氧基、羧基、羟基等官能团。
使用自制的乳液作为交联剂加入丙烯酸酯乳液中,摸索合适的固化条件,固化成膜,使用DSC、红外光谱、力学性能等测试手段对涂膜进行检测,实验结果表明,体系在成膜过程中发生了交朕反应,环氧基和羧基都参与了反应,聚合产物交联成为体型结构,各项性能都比原有的丙烯酸酯获得了提升。