过敏兰  楼李华

(浙江安邦新材料发展有限公司,浙江海宁314000)

摘要：合成了自乳化环氧丙烯酸乳化剂,并用此乳化剂对丙烯酸环氧进行乳化,所得乳液采用光固化技术进行固化。

关键词：自乳化;丙烯酸环氧;光固化

0 引言

我国从20世纪70年代就开始进行辐射固化技术研究。近10年来,这一领域中的研究开发与产品的品种都取得了辉煌的成果。在实际应用中人们发现,光固化材料中使用的活性稀释剂不仅对人体有刺激性,而且对大气环境也造成了不同程度的污染。为了克服这些弊病,一种水性光固材料应运而生。水性光固化材料与光固化材料相比,优点突出:对环境无污染、对人体无刺激性、不易燃烧、安全性好、VOC含量很低、非常容易将黏度调低以使其适于喷涂施工[1-4]。本研究课题通过合成出的自乳化丙烯酸环氧乳化剂,与丙烯酸环氧配合,通过相反转技术得到极低黏度的丙烯酸环氧乳液,该乳液具有极低的黏度,乳液粒径可达到0.1μm左右,通过360nm的紫外光固化,得到的漆膜具有较好的耐化学性、耐水性。

1.实验部分

1.1 原料与试剂

癸二酸改性丙烯酸环氧酯:上海树脂厂提供;丙烯酸环氧酯、双酚A环氧树脂E-51、E-44:蓝星树脂厂提供;甲基丙烯酸类稀释剂、二丙二醇二丙烯酸酯、表面活性剂聚乙二醇:试剂级,辽阳奥克聚合物有限公司提供;光引发剂、阻聚剂、促进剂均为试剂级。

1.2 水性丙烯酸环氧乳液的制备

1.2.1 丙烯酸环氧乳化剂的合成

将计量好的E-51或E-44和表面活性剂等原料放入到三口瓶中,升温搅拌溶解后,加入计量的促进剂进行反应,在反应过程中同时通入氮气,在90～120℃条件下,反应4～5h,检测环氧值,达到要求后降温到50℃,缓慢滴加含阻聚剂、促进剂的丙烯酸,在80℃条件下反应4h,然后慢慢升温到110℃条件反应3h,当体系中的酸值达到5mgKOH/g时出料。得到丙烯酸环氧乳化剂。

1.2.2 水性丙烯酸环氧乳液的制备

将上述合成乳化剂加入丙烯酸环氧酯、癸二酸丙烯酸环氧酯中,同时用少量的丙烯酸类稀释剂将光引发剂溶解后加入到体系中,采用相反转技术将其配制成50%～60%的乳液。

1.2.3 光固化水性丙烯酸环氧酯漆的制备

将上述配制好的乳液加入消泡剂、润湿分散剂、流平剂、增稠剂等涂料助剂配制成光固化水性丙烯酸环氧酯漆。

1.2.4 光固化工艺

光固化工艺参数:光照强度44W/cm、灯距14cm、固化时间50s。将配制好的光固化水性丙烯酸环氧漆刷在枫木板上,常温下待大量水挥发后,用80～100℃热风吹干,然后在光固化设备上固化10～50s。在常温下调整18h后进行各种性能测试。

2 结果与讨论

2.1 光引发剂的选择

选择了以下几种光引发剂进行试验比较:安息香醚,其光反应较快,很少受配方中其他组分的影响,但容易引起黄变问题;Irgacure651光引发剂,热稳定性较优良,引发活性较低,同样存在黄变问题;Darocur1173和Irgacure184有卓越的光引发性能,优量的热稳定性,不会发生黄变。

2.2 活性稀释剂的选择

对活性稀释剂进行筛选试验:甲基丙烯酸甲酯有优良的稀释性能,但有毒、气味重;三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMP2TA)和三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)的沸点较高,稀释能力强,但与水性体系匹配性不佳,容易出现缩孔,而且制得的乳液贮存稳定性不好,容易出现分层;乙醇作为水性丙烯酸环氧乳液的稀释剂,效果良好。

在此基础上,筛选出了优化的配方(如表1)。

表 1 水性丙烯酸环氧乳液的参考配方

用水性丙烯酸环氧乳液制备木器漆参考配方如表2所示。

表 2 水性丙烯酸环氧光固化木器漆参考配方

2.3乳液粒径分布

在自乳化丙烯酸环氧乳化剂研究过程中,对乳化剂的合成温度、表面活性剂的用量、品种对乳化剂的乳化性能进行了综合评价,发现不同的表面活性剂HLB值不一样,其乳化性能大不一样。通过大量的试验,确定最佳的工艺参数及配方。通过相反转技术制备的丙烯酸环氧乳液具有很小的粒径。

2.4 漆膜性能

漆膜性能随着癸二酸丙烯酸环氧酯和丙烯酸环氧酯比例的变化而有所变化,当增加癸二酸丙烯酸环氧酯用量时,漆膜的光泽明显比含丙烯酸环氧酯时高,漆膜的硬度则随着其用量的增加而逐步提高,柔韧性却发生降低(表3)。

2.5 乳液及涂料的基本性能

经过多次配方调整试验,筛选出比较满意的水性丙烯酸环氧乳液,并配定了涂料基本配方,其基本性能如表4、表5所示。

图 1 乳液粒径分布示意图

表 3 癸二酸丙烯酸环氧酯含量对漆膜性能的影响

表 4 水性丙烯酸环氧乳液的基本性能

表 5 水性丙烯酸环氧光固化涂料的基本性能

3 结语

合成水性丙烯酸环氧树脂乳液的主要影响因素有表面活性剂HLB值、癸二酸丙烯酸环氧酯含量等。水性丙烯酸环氧树脂乳液的合成宜采用HLB值为≥15的表面活性剂,可获得粒径更细的乳液;癸二酸丙烯酸环氧酯含量的加入量为8%(质量分数)时可以获得综合性能良好的漆膜。由该乳液制成的光固化涂料能满足木制和金属底材的应用要求,具有良好的应用前景。