粉末涂料用丙烯酸树脂的制备工艺

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粉末涂料用丙烯酸树脂的制备工艺
粉末涂料用丙烯酸树脂的制备工艺
丙烯酸树脂作为涂料用树脂，其应用范围非常广，技术也很成熟。如大家所熟悉的溶剂型涂料所采用的丙烯酸树脂，通常是采用溶液聚合法制备，个别品种采用悬浮法制备。在乳胶漆中则采用由乳液聚合法制备的聚合物乳液。
然而粉末涂料由于是100%的固体材料，所以要求使用固体的丙烯酸树脂，而且要求挥发物含量< 1%，因此引出了采用什么方法制备粉末涂料用丙烯酸树脂的话题。
1聚合方法的选择
    从树脂纯度看、采用本体聚合产品无杂质、纯度高，是其优点；但聚合反应热不容易控制，所以不在考虑之列。乳液聚合和悬浮聚合，都是以水为聚合介质，聚合反应热容易控制。在后处理脱出的反应介质水，无毒、无味、价廉具有优势；但聚合时采用的乳化剂或悬浮剂会附在树脂表面，影响树脂的质量。此外、采用乳液聚合和悬浮聚合所制得的树脂分子量通常在50000以上，甚至上百万，这样高的分子量，熔融粘度过高，不利于加工和涂膜的流平，因此不适合粉末涂料使用。尽管加入链调节剂可以在一定范围内控制分子量，但要制得符合使用要求的分子量，所使用的链调节剂的用量过大，会存在很大的异味。剩下的聚合方法就是溶液聚合法了。
2配方设计原则
2.1 玻璃化温度
    作为粉末涂料用树脂，在设计配方时，首先要考虑树脂必须容易粉碎，在粉碎时不能因受热而溶结，以及用这种丙烯酸树脂所配制的粉末涂料，在室温下要具有符合要求的储存稳定性。作为粉末涂料用树脂，Tg通常应高于50℃。有关共聚物玻璃化温度的计算公式及常用单体均聚物Tg的数据，以及测定Tg的方法，本论坛曾做过详细介绍，在此不再重复。
    2.2选择溶剂的要点
    为便于控制反应热，往往采用溶剂的沸点作为聚合温度，通过溶剂的蒸发回流，很容易将聚合热带走。选择溶剂有3个要点：
2.2.1由于丙烯酸树脂的分子量与聚合温度有关，所以希望降低分子量时，宜选用沸点比较高的溶剂，反之就选用沸点比较低的溶剂。 t ^(G z,? J3] F H };C4Y$O
    2.2.2要考虑溶剂对丙烯酸树脂的溶解性，溶解力强的溶剂，可以降低树脂溶液的粘度。粘度低，有利于溶剂回收。不同类型的丙烯酸树脂，由于极性不同，应根据具体单体组成选择溶剂。
    2.2.3在沸点，溶解能力相近的情况下，首先考虑价格和来源。
    2.3如何选用引发剂？ V,EB jO ]  
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    溶剂品种确定之后，还应该根据聚合温度正确选用引发剂，使所选用的引发剂的分解温度与半衰期与所选溶剂匹配，保证达到所希望的聚合速度与转化率。
在热固性丙烯酸树脂合成过程中，引发剂的用量是非常关键的。引发剂用量少，树脂的分子量过大，树脂的熔融粘度过高，加工性能和熔融涂膜的流平性均不好，涂膜易形成桔皮；引发剂用量大，树脂分子量小，虽然有利于加工性能，但是会造成涂膜机械性能下降。%
采用溶液聚合法制备丙烯酸树脂时，常用的引发剂有偶氮二异丁氰(AIBN)和过氧化苯甲酰(BPO)。以过氧化苯甲酰为引发剂时，由于苯甲酸自由基分解为高活泼性的苯自由基，容易夺取单体或聚合物分子链上的氢原子而导致支化，尤其是当聚合温度超过130℃时，更易导致大量的支链，而使分子量分布增大。由此可见如果选用BPO为引发剂，最好不要选用二甲苯做溶剂。二甲苯的沸点虽然比较高，有助于通过提高反应温度降低分子量，但由于支链的形成，又会产生负面影响。如果以偶氮二异丁氰(AIBN)为引发剂，自由基的活泼性不及苯自由基，因此可以减少支化度。但AIBN的分解温度为64℃比BPO（73℃）低，在相同的聚合温度时，半衰期比较短，优点是能降低引发剂的残留量，避免发生非控制性反应；但为了降低分子量，当选择比较高的聚合温度时，例如以甲苯为溶剂时，聚合温度约110℃，采用AIBN做引发剂，就会因为半衰期过短，而造成转化率不足的弊病。和BPO相比、AIBN的另一个优点是在不同的溶剂中，分解速度常数相差不大。但AIBN有毒。总之没有十全十美的，关键是要根据自己的需要来选择。还可以按照未分解引发剂的量与停留时间的经验关系式来大致选定所用的引发剂。
    2.4链调节剂
    粉末涂料用丙烯酸树脂的相对分子质量通常在3000-10000之间。如果通过聚合浓度、反应温度和引发剂的用量，还不能达到所要求控制的分子量，还可以采用链调节剂。常用的链调节剂多为硫醇类、巯基乙酸等含硫化合物，该类化合物具有难闻的气味，所以能不用，最好不使用，如果需要使用，用量一般在2%以下。
3溶液聚合工艺
(1)将配方量的单体及引发剂投入不锈钢容器中,混合均匀,成为澄清透明的溶液，抽入单体罐；  
    (2)将配方量的全部载体溶剂投入反应釜后，开竖式回流冷凝器的冷却水，开动搅拌，加热升温到溶剂回流；
(3)打开加料阀，向反应釜内均匀滴加混合单体，以保持反应釜内溶剂处于回流状态；
(4)混合单体滴加完，在回流状态下，搅拌保温一段时间使达到指定的转化率；      
(5)关闭竖式回流冷凝器的冷却水，并放空其中的冷却水，开卧式冷凝器冷却水，先在常压升温脱除回收溶剂，后期可抽真空脱除残留溶剂，使树脂的残留溶剂量小于1%；
(6)溶剂脱除完全后，放料、冷却、粉碎,即得到丙烯酸树脂。