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2012年水性涂料、粘合劑濕附著力促進劑的研究進展
2012-03-03 12:22:24   作者:   來源:包裝e線   評論:0 點擊:

      由于水溶性樹脂分子鏈上帶有親水性基團,在潮濕的環境中容易失去粘性而脫落,使其濕附著力比溶劑型樹脂要差,因而限制了水性涂料、粘合劑的應用。隨著涂料、粘合劑工業和涂裝技術的發展,助劑可以改進生產,改善施工條件,提高產品質量,賦予特殊功能,成為涂料、粘合劑中不可缺少的組成部分。在乳膠聚合物鏈上合并入胺基、酰胺基、乙酰乙酸基或酯基等官能團,通過對乳膠聚合物體系進行官能團改性能顯著地提高其濕附著力性能。濕附著力促進劑是在乳液聚合過程中,將其作為一種單體加入乳液聚合體系,與其它單體共聚從而達到預期的目的。

    對目前所有的文獻進行歸納總結,可供參考的濕附著力促進劑主要有以下四種類型:
    1 氰基乙酰氧基類濕附著力促進劑[ 1 ]:
    其分子式結構如下所示:

\

    其中: R1 是氫; R2 是烷基; R3 是無環基團,而且其每個支鏈有亞烴基或亞烷氧基。


    該類化合物屬于共聚單體類,含有的氰基乙酰氧基可與涂料、粘合劑成分中的單體發生共聚,從而發揮促進劑的作用,達到提高水性涂料、粘合劑濕附著力的目的。而氰基乙酰氧乙基甲基丙烯酸酯是文獻中應用最多的的一種。將該單體力日入到鏈烯烴類的單體聚合物中,促進劑和單體的質量占聚合物總質量的 98 %,另外再加入表面活性劑和引發劑制備水性乳液,測得該乳液的固含量為 50-65 %,而由該乳液為基料制成的涂料的耐擦洗性可達 2000 次,提高到原來的 4 倍。

    2 乙酰乙酸類

    濕附著力促進劑[ 2 - 5 ]:該類化合物有如下兩種分子式結構:

\

    其中: R1 、 R2 、 R3 如上所述; R4 是甲基; R5 和 R6 是烷基或環烷基; R7 是氫或甲基。


    該類化合物中含有乙酰乙酰基 (3-氧乙酰基 ) ,此基團作為涂料與基質間所成膜的聚結劑和附著力促進劑,通過與涂料聚合物的成分發生聚結和交聯反應,從而改善涂料與基質間的濕附著力。另外該類化合物單體的混合物也具有同樣的作用。

    可與其聚合的物質為乙酰乙酸酯的共聚單體或帶有羥基、胺基的乳液單體,如丙烯酸乳液、鏈烯烴類乳液、水性醇酸樹脂乳液等。將占乳液聚合單體總質量的 0 . 1 ~ 50 %的該類促進劑加入到丙烯酸類聚合物,以形成丙烯酸共聚體系;而苯乙烯類共聚體系、醋酸乙烯酯共聚體系和鏈烯烴類共聚體系中該類促進劑的加入量則是按占單體總質量的 0 . 1 ~ 20 %加入的。將上述共聚體系的水性乳液分別用于合成纖維,用 ARMA4-82 和 ARMA5-82 測試體系測得經過改性處理的合成織物的性能,測試結果表明:該織物的拉伸強度和撕裂強度均大大提高。
    3 HMDAA(hytroxymethyl diacetone acrylamide) [ 6 ]:

   
    該化合物是由3摩爾的甲醛與1摩爾的雙丙酮丙烯酰胺發生反應而得。由于該化合物含有胺基和丙烯羰基,由于不飽和雙鍵能與涂料中乳液單體發生共聚,從而將胺基合并入乳膠聚合物鏈,進而可顯著提高水性涂料的濕附著力。將占單體總質量的 0 . 3 ~ 5 %的 HMDAA 加入到氯乙烯/丙烯酸或全 - 丙乳液中,可將這些涂料的濕附著力性能提高到原來的 5 倍。但由于該類化合物品種單一,未能形成體系,故缺乏深入研究。
    4 脲環類濕附著力促進劑:

     

    據文獻報道,此類化合物有許多種用于濕附著力促進劑,下面就簡單介紹幾種物質的分子式結構:


    4 . 1 化合物 Ⅰ                    [8][9]

\

 

     4 . 2 化合物 Ⅱ                    [10]

\

   

 

    4 . 3 化合物 Ⅲ                [11]

\

    4 . 4 化合物 Ⅳ           [9][12]

\

    4 . 5 化合物 Ⅴ       [13]

\

  4 . 6 化合物 Ⅵ          [14]  

\

 

    從以上脲環類化合物的分子式結構可以看出,在脲環類聚合物的鏈端都聯結有不飽和的烯烴基,通過烯烴基的雙鍵與乳液聚合物單體發生聚合反應,將該類聚合物的鏈上聯結的胺基、酯基等官能團合并到乳膠聚合物的鏈上,從而改善乳膠聚合物的結構;另外該類濕附著力促進劑中的乙撐脲環可以提供氫鍵和分子間作用力,該類物質加入乳膠后,可以改變乳膠粒的結構,降低界面張力,有利于有效地浸潤顏填料顆粒,使之結合更緊密,使乳膠粒與被粘附基質,以及乳膠粒子與顏填料顆粒的相互作用改變,從而增強濕附著力。該化合物鏈上的胺基是帶有陽離子的基團,可以通過被粘附基質的帶負電荷的表面,使乳膠粒子通過陰陽離子相互作用,改善其與顏填料顆粒及與基質的吸附粘結能力,從而能顯著提高水性涂料的濕附著力性能,因此該類化合物成為國外研究的重點,再加上該類化合物的分子式結構設計良好,易于合成,性能良好,原料來源廣泛,故有著廣闊的發展前景。

    文獻表明:經過以上化合物改性的乳膠涂料具有優異的濕附著力和高光澤度以及保光性,可表現為對光澤及白堊類待粘接面的粘接性能增強,對油基涂料表面的附著性能增加,同時防水性能也大大提高。將上述濕附著力促進劑加入到乳液聚合體系中,可以改善乳液聚合體系的性能,其性能參數見附表:含有濕附著力促進劑的水性乳液的基本性能。從表中可以得出,該類化合物是一種乳液共聚單體,在乳液聚合時加入該類物質,可以改善乳液的濕附著力性能:而該類促進劑使用量小但功效強大,只要將少量的該類化合物加入水性乳液中 ( 通常低于乳液共聚物總質量的 2 % ) ,就可獲得優異的濕附著力,因此使用該類化合物成本小,功效顯著,有利于推廣應用。

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