水性丙烯酸涂料固化剂的选用及性能

（1）通过单因素实验，确定选择水性环氧改 性丙烯酸乳液的最佳配方量：15%环氧树脂 ，24.27%甲基丙烯酸甲酯，48.54%丙烯酸丁 酯，24.27%苯乙烯，2.9%丙烯酸，0.9%乳 化剂（OP-10和十二烷基磺酸钠配比是2:1） ，0.3%NaHCO3，0.16%引发剂，聚合温度 为75℃，聚合时间为4h。该乳液的耐水性， 耐酸碱性较好，固含量为29.85%，凝胶率为 0.49%。
水性丙烯酸涂料固化剂的选用 及性能研究
0808030109 杨祎 指导教师：安成强
1. 绪论
随着人们环保意识的不断提高和环保法规的日 趋严格，国际上要求表面装饰工业更严格地符合安 全、健康和环境法规。由于溶剂涂料中挥发性有机 化合物对环境的污染、对人类健康的损害，所以它 的使用在世界范围内受到限制的状况日益高涨。目 前，欧美等国家已经全面禁止生产、销售溶剂型涂 料，而改用水性涂料。
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2. 实验部分
合成配方
合成方法
合成反应在装有搅拌装置、回流冷凝管、 温度计和恒压滴定漏斗的四口烧瓶中进行，采 用半连续种子乳液聚合技术制备核壳结构聚合 物乳液。 （1）取配方量十二烷基磺酸钠和OP-10加入 90ml蒸馏水，持续搅拌15min，制得乳化液。 （2）将配方量过硫酸钾溶于15ml蒸馏水中， 搅拌，制得引发剂。 （3）将配方量的丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯， 苯乙烯，丙烯酸丁酯混合，搅拌均匀，制得丙 烯酸类单体混合物。
（7）用恒压滴定漏斗加入经剩余丙烯酸类单 体混合物溶解配方量的环氧，逐渐升温至 85℃，后保温1h。 （8）降温至30℃以下，用氨水调节PH至7。 用100目筛子过滤，出料。
3. 实验结果与讨论
环氧树脂的滴加顺序对水性丙烯酸乳液 的影响 （1）先加入环氧树脂，然后逐渐滴加单体。 （2）将环氧树脂溶于单体中，取部分混合物， 先制得种子乳液再逐渐滴加剩余混合物。 （3）首先形成丙烯酸种子乳液，再逐渐滴加 溶有环氧的丙烯酸类剩余单体。
现有涂料的危害性
首先是挥发性有机物所造成的污染。 挥发性有机物是溶剂型涂料的重要组成 部分。挥发性有机化合物在光照条件下能同 空气中的氧作用产生臭氧，而臭氧是雾的一 种成分。溶剂型涂料是自然界一个明显的污 染源。
颜料的污染也是不容忽视的。 人们主要关心它对地下水的污染及其可 能造成的致癌作用。国外许多生产厂家再三 指出颜料中的重金属不会被身体吸收，因而 也不会给健康造成危害。但事实证明，无机 颜料中含有的铬、铅等重金属确实有一定的 致癌作用。
课题主要研究内容
本论文就以下几个方面进行研究： （1）用单因素法研究环氧改性丙烯酸乳液，通过改 变环氧滴加顺序，加入用量，来制备耐水性，耐酸 碱性良好的水性丙烯酸乳液。 （2）选用三乙烯四胺和N-羟甲基丙烯酰胺两种固化 剂进行比较。通过对两种固化剂对乳液固化温度和 固化时间的影响，确定选用固化剂。 （3）将确定的环氧改性丙烯酸的优化工艺及配方， 加入最终选用的固化剂，及颜填料，配置成涂料， 测试涂料漆膜性能。
环氧树脂用量对水性丙烯酸乳液的影响
图3.1 不同环氧用量乳液的外观状态
环氧的用量对涂膜耐酸碱性的影响
环氧的用量对乳液固含量的影响
环氧的用量对凝ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ率的影响
水性丙烯酸乳液固化剂的选用
由计算可知当环氧量为5%，10%，15%， 20%时，三乙烯四胺的用量为0.31g，0.62g， 0.92g，1.23g。
（2）选用三乙烯四胺和N-羟甲基丙烯酰胺两 种固化剂。当环氧树脂量为15%时，加入三 乙烯四胺后，乳液固化温度为60℃，固化时 间为10min。当N-羟甲基丙烯酰胺量为2%时 固化时间为30min，固化温度为80℃。对比 三乙烯四胺和N-羟甲基丙烯酰胺，三乙烯四 胺表现出更好的固化性能。 （3）测定加入三乙烯四胺乳液的漆膜附着力 为2级，硬度为0.974HV，抗冲击强度为 40kg∙cm。
N-羟甲基丙烯酰胺对乳液固化的影响
两种不同固化剂对乳液性能及固化性能 的影响
图3.11 N-MAM改性水性丙烯酸乳液的漆膜 附着力测试图
图3.12 三乙烯四胺固化环氧改性的水性丙烯 酸乳液的漆膜附着力测试图
4. 结论
本论文通过对环氧改性水性丙烯酸乳液
的研究，得到环氧改性丙烯酸乳液的最佳工 艺配方。研究了改性后丙烯酸乳液固化剂的 选用及对固化性能的影响。得出以下结论：
水性涂料的优点
(1)以水为溶剂，来源易得，容易净化； (2)施工及储运过程无火灾危险，不易燃 烧，安全性好。 (3)不含苯类等有机溶剂，对人体健康无 影响； (4)可以采用喷、刷、流、浸、电泳等多 种施工方法，容易实现自动化涂装。
水性丙烯酸树脂具有较好的光泽度、耐 候性、耐化学品性和稳定性高，且无污染、 无毒性、无刺激性和生产安全、价格便宜等 优点，是一种低VOC的绿色环保型产品，也 是目前较为活跃的研究和开发领域。
（4）将全部乳化液，缓冲剂加入反应瓶中高 速分散30min，取出加入四口烧瓶中。 （5）滴加1/10的丙烯酸类单体混合物，继续 搅拌30min，制得预乳化液。 （6）取1/5预乳化液为种子，缓慢的升温至 75℃后，加入1/2引发剂，用恒压滴定漏斗逐 渐滴加剩余乳化液（剩余乳化液在3.5h内滴 加完毕，约1滴/秒），并同时分批滴加剩余 引发剂（引发剂在4h内滴加完毕，约20min 滴加一次）。滴加完后保温0.5h。