余雪芳

摘要：本文以丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯等為單體，過氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯為引發(fā)劑，在無水乙醇和異丙醇混合溶劑中進(jìn)行共聚反應(yīng)，合成制備了一種醇溶性丙烯酸樹脂。并采用傅立葉紅外光譜對(duì)樹脂進(jìn)行表征，研究了丙烯酸羥乙酯的添加量、引發(fā)劑用量和保溫時(shí)間、以及引發(fā)劑用量等因素對(duì)樹脂醇溶性、單體轉(zhuǎn)化率及樹脂相對(duì)分子質(zhì)量的影響。

關(guān)鍵詞：醇溶性丙烯酸樹脂；單體轉(zhuǎn)化率；影響

引言

隨著各國對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，傳統(tǒng)溶劑型涂料與粘合劑的使用受到制約。醇溶性丙烯酸酯樹脂作為一種新型的環(huán)境友好型涂料樹脂，其環(huán)保無毒，涂膜綜合性能優(yōu)良，在建筑涂料、工業(yè)防護(hù)、家具裝飾等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。因此，醇溶性丙烯酸酯樹脂的相關(guān)研究具有理論和實(shí)際意義。本研究的主要目的是了解醇溶性丙烯酸樹脂合成過程中的影響因素及其變化規(guī)律，以便為后續(xù)的醇溶性丙烯酸改性有機(jī)硅樹脂的合成提供可靠的參考依據(jù)。

1.試驗(yàn)部分

1.1原料與儀器

1.1.1試驗(yàn)原料

試驗(yàn)用原材料見表1所列。

1.1.2試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器見表2所列。

1.2醇溶性丙烯酸樹脂的制備

1.2.1醇溶性丙烯酸樹脂的配方

醇溶性丙烯酸樹脂的配方見表3所列。

1.2.2醇溶性丙烯酸樹脂的合成工藝

首先將1/2的無水乙醇和異丙醇加入到500mL的三口燒瓶中，開動(dòng)攪拌，轉(zhuǎn)速設(shè)定為400r/min。然后將剩余物料全部混合在燒杯中，攪拌均勻后，加入滴液漏斗中備用。隨后，依次開通冷凝水、加熱，加熱電壓調(diào)節(jié)為125V。待溫度升至回流溫度，保溫20min后開始滴加組分2，控制滴加速度使組分2在2.0～2.5h滴完。組分2滴加完畢，保溫5h，停止加熱，自然降至室溫后過濾出料即得醇溶性丙烯酸樹脂[1]。

1.2.3單體轉(zhuǎn)化率的測試計(jì)算方法

本文中單體轉(zhuǎn)化率的計(jì)算方法如式⑴所示。

式中：S理論表示按照試驗(yàn)配方計(jì)算出的理論固含量；S實(shí)際表示對(duì)合成的樹脂進(jìn)行實(shí)際測試后得到的實(shí)際固含量。

本試驗(yàn)測量固含量的方法為加熱恒重法[2]。首先，用分析天平稱取坩堝的質(zhì)量，記作M1。然后，將1.000～1.500g的樹脂稱量于坩堝中（樹脂的質(zhì)量記作M），放入120℃的恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行干燥。干燥1h后取出稱量，直到坩堝和樹脂的總質(zhì)量不再變化時(shí)停止干燥，坩堝和樹脂的總質(zhì)量記作M2。最后，按照式⑵計(jì)算實(shí)際固含量。

2.結(jié)果與討論

2.1樹脂的紅外分析

將合成的醇溶性丙烯酸樹脂用傅立葉紅外光譜進(jìn)行表征，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，合成的樹脂在波數(shù)1720～1770cm-1之間出現(xiàn)了1個(gè)強(qiáng)而尖的吸收峰，在1100～1300cm-1之間出現(xiàn)了2個(gè)較強(qiáng)的吸收峰，可確定為酯鍵的特征峰；其中，1730cm-1處為—CO的伸縮振動(dòng)吸收峰，1153和1241cm-1處為C—O—C的伸縮振動(dòng)吸收峰。在3524cm-1處出現(xiàn)了1個(gè)中等強(qiáng)度的寬峰，可確定為—OH的伸縮振動(dòng)吸收峰。由此可見，合成的樹脂中成功地引入了含—OH的丙烯酸羥乙酯[3]。

2.2丙烯酸羥乙酯（HEA）用量對(duì)樹脂醇溶性的影響

根據(jù)相似相溶原理，要使合成樹脂能夠在醇類溶劑中完全溶解，就必須在合成樹脂體系中引入極性官能團(tuán)，而極性官能團(tuán)的數(shù)量是決定合成樹脂是否能夠在醇類溶劑中完全溶解的決定性因素。本文通過HEA在合成樹脂中引入極性官能團(tuán)來增加樹脂的醇溶性。以表3所列配方為基礎(chǔ)，考察了HEA的用量對(duì)樹脂醇溶性的影響，結(jié)果見表4所列。

由表4可以看出，隨著HEA用量的增加，合成樹脂的狀態(tài)越來越穩(wěn)定，表示樹脂的醇溶性越來越好。當(dāng)HEA的用量為單體總量的7.5%時(shí)，樹脂溶液室溫放置24h后，雖然體系透明，但有肉眼可見的絮狀物存在，在噴涂過程中極易析出；當(dāng)HEA的用量為單體總量的5.0%時(shí)，樹脂溶液室溫放置24h后，體系呈乳白色混懸液；當(dāng)HEA的用量為單體總量的2.5%時(shí)，樹脂體系在冷卻至30℃時(shí)，即有白色絮狀物析出，室溫放置24h后，體系分為兩層，上層為均一透明的液相，下層為白色堅(jiān)硬的固體；當(dāng)HEA的用量為單體總量的10%及以上時(shí)，合成的樹脂溶液穩(wěn)定、均一，表現(xiàn)出良好的醇溶性，并且在噴涂過程中不會(huì)析出。因此，若要使用表3所列的配方制備醇溶性良好的丙烯酸樹脂，則HEA的用量應(yīng)大于單體總量的7.5%。

2.3引發(fā)劑用量和保溫時(shí)間對(duì)單體轉(zhuǎn)化率的影響

引發(fā)劑的用量和單體滴加完畢后的保溫時(shí)間對(duì)單體的轉(zhuǎn)化率有明顯的影響，本文分別以單體總量的1.7%、3.3%和5.0%為引發(fā)劑的添加量來考察保溫時(shí)間對(duì)單體轉(zhuǎn)化率的影響，詳見圖2所示。從圖2能夠清晰地看出，在引發(fā)劑用量一定的情況下，單體的轉(zhuǎn)化率隨著保溫時(shí)間的延長而逐漸提高。同時(shí)，在考察的引發(fā)劑用量范圍內(nèi)，引發(fā)劑的用量越大，相同保溫時(shí)間后的單體轉(zhuǎn)化率也越高。并且，引發(fā)劑的用量較大時(shí)，保溫時(shí)間不必太長就可達(dá)到較高的單體轉(zhuǎn)化率；而引發(fā)劑的用量較小時(shí)，則需要較長的保溫時(shí)間來提高單體轉(zhuǎn)化率。因此，在引發(fā)劑用量較小的樹脂合成過程中，可以通過延長保溫時(shí)間來提高單體的轉(zhuǎn)化率。

2.4引發(fā)劑用量對(duì)樹脂相對(duì)分子質(zhì)量的影響

為了明確引發(fā)劑用量對(duì)樹脂相對(duì)分子質(zhì)量的影響，分別對(duì)使用不同量引發(fā)劑合成的樹脂進(jìn)行了黏度和相對(duì)分子質(zhì)量的測定，結(jié)果如表5所列。

由表5可知，隨著引發(fā)劑用量的增加，樹脂的相對(duì)分子質(zhì)量減小，并且樹脂的黏度也表現(xiàn)出減小的趨勢，這就充分證明了樹脂的相對(duì)分子質(zhì)量隨引發(fā)劑用量變化的規(guī)律性。另外，從表中還可以看出，Mp的變化量最小，Mn的變化量居中，而Mw的變化量最大。

3.結(jié)語

綜上，本實(shí)驗(yàn)制備了醇溶性丙烯酸樹脂，研究了樹脂醇溶性、單體轉(zhuǎn)化率、樹脂相對(duì)分子質(zhì)量的影響因素。結(jié)果表明：HEA的引入提高了樹脂的醇溶性。當(dāng)HEA的用量為單體總量的10%及以上時(shí)，合成的樹脂溶液穩(wěn)定、均一，表現(xiàn)出良好的醇溶性，并且在噴涂過程中不會(huì)析出；當(dāng)引發(fā)劑用量在1.7%～5.0%之間時(shí)，若保持引發(fā)劑用量不變，則單體的轉(zhuǎn)化率隨著保溫時(shí)間的延長而逐漸提高；若保溫時(shí)間不變，則單體的轉(zhuǎn)化率隨著引發(fā)劑用量的增加而增加；隨著引發(fā)劑用量的增加，樹脂的相對(duì)分子質(zhì)量減小，黏度降低，并且表現(xiàn)出Mp變化量小，而Mw變化量顯著的特點(diǎn)。此研究結(jié)果可為后續(xù)的醇溶性丙烯酸改性有機(jī)硅樹脂的合成提供可靠的參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李國強(qiáng)，于潔，郭文勇，等. 聚氨酯丙烯酸酯的合成及光固化膠性能研究[J]. 化學(xué)與生物工程，2013，30（5）：54-56.

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[3]田龍飛. 交聯(lián)型醇溶性丙烯酸樹脂的制備及應(yīng)用研究[D]. 北京化工大學(xué)，2013.