提高丙烯酸樹(shù)脂的耐候性研究

陳燕

（恩希愛(ài)（杭州）薄膜有限公司 浙江杭州 311231）

丙烯酸樹(shù)脂材料具備耐候性、抗老化及耐腐蝕性等優(yōu)勢(shì)特性，研究發(fā)現(xiàn)，其耐候性能最為顯著，為制作成膜劑的主要材料，還能夠作為改性劑，高度突顯出涂層的保色性、保光性、耐候性，涂層的效果優(yōu)良，可以表現(xiàn)出較強(qiáng)的裝飾作用。丙烯酸樹(shù)脂涂層具有較高的平整性和豐滿性，外層耐磨度、耐污度都較高。

1 丙烯酸樹(shù)脂的分類

1.1 以生產(chǎn)方式分類

丙烯酸樹(shù)脂按照生產(chǎn)方式分類，以乳液聚合和懸浮聚合、本體聚合為主。乳液聚合是一種以單體和引發(fā)劑、蒸餾水反應(yīng)聚合形成的丙烯酸樹(shù)脂，這種樹(shù)脂通常有50%的乳液及50%的水，呈乳膠溶液狀態(tài)，有乳白泛藍(lán)的丁達(dá)爾現(xiàn)象，玻璃化溫度采用FOX 公式設(shè)計(jì)，乳液分子量大，屬于環(huán)保型乳液。懸浮聚合的生產(chǎn)工藝非常復(fù)雜，通常制作的樹(shù)脂是固體狀態(tài)，由甲基丙烯酸酯反應(yīng)形成，這種物質(zhì)有官能團(tuán)，反應(yīng)釜中的反應(yīng)控制難度較大，產(chǎn)品質(zhì)量要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。本體聚合的生產(chǎn)工藝效率高，制備時(shí)，主要將原料放在特殊塑料薄膜中，使其反應(yīng)成為結(jié)塊狀，通過(guò)粉碎和過(guò)濾，形成固體丙烯酸樹(shù)脂，具有較好的純度和穩(wěn)定性，但對(duì)溶劑溶解性較低，顏料分散性欠佳。

1.2 以成膜機(jī)理分類

丙烯酸樹(shù)脂通常分為熱塑性丙烯酸樹(shù)脂和熱固性丙烯酸樹(shù)脂。前者是在成膜過(guò)程中無(wú)進(jìn)一步交聯(lián)，相對(duì)分子量偏大，使用后的保光效果好，具有較強(qiáng)的保色性能，可以耐水、耐化學(xué)物質(zhì)侵蝕，無(wú)需較長(zhǎng)時(shí)間的干燥，施工操作簡(jiǎn)單、便捷，如果施工有缺陷或不達(dá)標(biāo)，則可以重新涂飾，容易進(jìn)行返工。實(shí)踐研究顯示，熱塑性丙烯酸樹(shù)脂在制備鋁粉漆時(shí)的穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的鋁粉白度，同時(shí)，鋁粉的定位性佳，這種丙烯酸樹(shù)脂通常用在汽車和機(jī)械、建筑及電器等領(lǐng)域。后者是一種具有官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)，制漆時(shí)，要添加環(huán)氧樹(shù)脂和氨基樹(shù)脂等，用其具有的官能團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)，促使丙烯酸形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這類樹(shù)脂的分子量低，豐滿度好，光澤和硬度等指標(biāo)優(yōu)異，具有良好的耐溶劑性和耐候性，高溫烘烤條件下不會(huì)發(fā)生變色的問(wèn)題，泛黃的風(fēng)險(xiǎn)低。熱固性丙烯酸樹(shù)脂與氨基酸樹(shù)脂結(jié)合形成氨基-丙烯酸烤漆，這種漆主要在自行車和卷鋼、摩托車等方面使用，具有較高的使用價(jià)值。

1.3 以分散介質(zhì)分類

分散介質(zhì)不同，則丙烯酸樹(shù)脂的性質(zhì)存在差異，通常包括油性丙烯酸樹(shù)脂和水性丙烯酸樹(shù)脂。前者通常包括固體與液態(tài)，如果樹(shù)脂固體含量超過(guò)30%，則表現(xiàn)為固體油性丙烯酸樹(shù)脂。通常，丙烯酸樹(shù)脂的固體含量高，說(shuō)明含有的溶劑量少，市場(chǎng)應(yīng)用更為廣泛。后者一般分為固體與液態(tài)，這種樹(shù)脂的節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)明顯，同時(shí)，采買(mǎi)價(jià)格較低。涂料行業(yè)中運(yùn)用的樹(shù)脂大都是這類丙烯酸樹(shù)脂。水性固體丙烯酸樹(shù)脂以固態(tài)的形式存在，我國(guó)對(duì)這種丙烯酸樹(shù)脂的生產(chǎn)量不高，各大行業(yè)中的使用量較少，主要用于紙張上光油與印刷油墨領(lǐng)域，少部分領(lǐng)域需要采用特殊性質(zhì)的熱塑性固體丙烯酸樹(shù)脂，因?yàn)檫@種丙烯酸樹(shù)脂能發(fā)揮獨(dú)特的性能。

2 丙烯酸樹(shù)脂耐候性試驗(yàn)方法要點(diǎn)

耐候性試驗(yàn)是產(chǎn)品配方優(yōu)化的關(guān)鍵，尤其是丙烯酸樹(shù)脂材料要高度重視耐候性試驗(yàn)，如涂料、汽車安全玻璃等，要按照產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行嚴(yán)格的耐候性試驗(yàn)。丙烯酸樹(shù)脂材料發(fā)生老化的關(guān)鍵點(diǎn)是陽(yáng)光與潮濕等不良環(huán)境，材料耐候性試驗(yàn)要對(duì)陽(yáng)光、雨露等自然因素造成的危害進(jìn)行試驗(yàn)［1］。采用氙燈進(jìn)行陽(yáng)光模擬，照射丙烯酸樹(shù)脂材料或產(chǎn)品，以冷凝濕氣作為雨水與露水，將接受檢測(cè)的材料或產(chǎn)品置于試驗(yàn)箱內(nèi)，使其接受光照與潮氣。注意保持這兩種自然環(huán)境交替循環(huán)，在模擬自然環(huán)境不斷循環(huán)的狀態(tài)下周期性檢測(cè)，這種模擬環(huán)境能有效驗(yàn)證丙烯酸樹(shù)脂材料或產(chǎn)品的耐候性。丙烯酸樹(shù)脂耐候性試驗(yàn)可以在短時(shí)間內(nèi)了解到材料的危害情況，以數(shù)天或者數(shù)周時(shí)間，驗(yàn)證丙烯酸樹(shù)脂材料在戶外數(shù)月、數(shù)年的危害情況，這種人工加速的老化試驗(yàn)可獲得大量的數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)的真實(shí)性高，試驗(yàn)人員根據(jù)數(shù)據(jù)采用新的材料，再對(duì)材料進(jìn)行合理的改造，綜合評(píng)價(jià)采用的配方對(duì)丙烯酸樹(shù)脂產(chǎn)品耐久性造成的影響，及時(shí)調(diào)整配方，全面評(píng)估配方變化對(duì)丙烯酸樹(shù)脂產(chǎn)品質(zhì)量和耐候性造成的影響。

丙烯酸樹(shù)脂材料耐候性試驗(yàn)比較理想的方法是自然氣候老化試驗(yàn)，這種試驗(yàn)方法得出的數(shù)據(jù)和結(jié)果可靠性強(qiáng)，無(wú)需較大的試驗(yàn)費(fèi)用，各項(xiàng)試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單便捷。但自然氣候老化試驗(yàn)對(duì)場(chǎng)地的要求很嚴(yán)格，需要保持陽(yáng)光充足和暴露性好，自然氣候老化試驗(yàn)需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能獲得數(shù)據(jù)。例如，需要1年時(shí)間才能得到比較可靠的數(shù)據(jù)，而實(shí)際的丙烯酸樹(shù)脂材料耐候性試驗(yàn)需要短時(shí)間獲得結(jié)果，等待時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，所以，通常要采用人工加速老化試驗(yàn)，這種耐候性試驗(yàn)的時(shí)間短，獲得的數(shù)據(jù)比較理想，無(wú)需耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間便可得到結(jié)果。

3 丙烯酸樹(shù)脂的改性

3.1 丙烯酸樹(shù)脂單體耐候性特點(diǎn)

本文主要以聚丙烯酸樹(shù)脂為例。聚丙烯酸樹(shù)脂屬于一種高分子化合物，這種化合物是采用丙烯酸樹(shù)脂單體制成，具有中硬性的特點(diǎn)，用于涂飾中的優(yōu)勢(shì)高。但因?yàn)闃?shù)脂的結(jié)構(gòu)性能，導(dǎo)致丙烯酸樹(shù)脂的耐熱、耐寒性能欠佳，不具有較強(qiáng)的耐磨性能，防水性能較差。樹(shù)脂的成分包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸等，形成的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為線型狀，形成的薄膜理化性能主要有抗張強(qiáng)度和延伸率等方面特點(diǎn)，前者表現(xiàn)為抗張強(qiáng)度為100～160g/mm2，后者在720%～900%，脆折點(diǎn)約為-5℃。并且樹(shù)脂的耐熱耐磨程度欠佳，不具有較強(qiáng)的耐寒性能和防水性能，有不耐溶劑的特點(diǎn)，抗張強(qiáng)度總體欠佳。樹(shù)脂改性要注重上述特點(diǎn)，綜合考慮樹(shù)脂性能特點(diǎn)和材料使用等方面，嚴(yán)格把控丙烯酸樹(shù)脂改性過(guò)程。

3.2 丙烯酸樹(shù)脂改性工藝技術(shù)

3.2.1 納米材料與丙烯酸單體原位聚合反應(yīng)

丙烯酸樹(shù)脂改性工藝技術(shù)較多，主要采用松香和植物油、聚酯、酚醛，以及醇酸、環(huán)氧、有機(jī)硅等物質(zhì)復(fù)合丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行改性，通過(guò)改性提高丙烯酸樹(shù)脂的性能，或者賦予丙烯酸樹(shù)脂新的性能。納米材料與丙烯酸單體進(jìn)行原位聚合反應(yīng)，這種技術(shù)能對(duì)丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行有效改性，通?？刹捎眉{米SiO2的Si-OH、聚丙二醇、異佛爾酮二異氰酸酯和丙烯酸羥乙酯結(jié)合，使其產(chǎn)生原位聚合反應(yīng)，經(jīng)此形成含有SiO2/PU的納米丙烯酸酯聚合物［2］。由于納米材料的分散性能良好，無(wú)團(tuán)聚的特點(diǎn)，聚合反應(yīng)后能形成UV 固化，這時(shí)能有效改善涂膜耐熱性，使丙烯酸樹(shù)脂材料的硬度明顯提高。

原位乳液聚合是一種丙烯酸樹(shù)脂耐候性改善的有效手段，通常采用甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸正丁酯/納米碳酸鈣，對(duì)丙烯酸樹(shù)脂材料實(shí)施原位乳液聚合，使其形成納米復(fù)合乳液，以比例調(diào)整與醇酸乳液對(duì)其實(shí)施雜化改性，這種改性可能導(dǎo)致丙烯酸樹(shù)脂材料的耐沖擊性能稍微弱化，但能明顯增強(qiáng)涂膜光澤度，使涂膜的硬度顯著強(qiáng)化，附著能力也明顯提高。經(jīng)實(shí)踐研究顯示，甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的比例為1∶1，采用4%的納米碳酸鈣和50%的醇酸乳液，能使丙烯酸樹(shù)脂材料的性能最佳，這是納米材料與丙烯酸單體原位聚合反應(yīng)改性的最佳配方。

3.2.2 丙烯酸與醇酸樹(shù)脂雜化技術(shù)

丙烯酸與醇酸樹(shù)脂雜化改性技術(shù)主要用于水性丙烯酸樹(shù)脂材料，能有效改性水性醇酸樹(shù)脂涂料的特點(diǎn)，使其耐候性得到有效改善。以丙烯酸對(duì)水性醇酸樹(shù)脂進(jìn)行改性后，能改善材料的滲透性，醇酸乳液有良好的光澤度，可更好地滲透木材等材料，獲得的乳液材料有快干的特點(diǎn)，使用過(guò)程中有保光的優(yōu)勢(shì)，能較長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮保色作用，醇酸乳液的不良特點(diǎn)得到有效改善，如干燥速度慢的問(wèn)題得到有效解決。在改性的過(guò)程中，應(yīng)注意不能把丙烯酸乳液、醇酸乳液機(jī)械地進(jìn)行簡(jiǎn)單混合，要注重其他方面的把控，避免混合攪拌停止后材料出現(xiàn)分層的問(wèn)題，雜化技術(shù)能有效防止上述問(wèn)題的出現(xiàn)［3］。

目前，可實(shí)現(xiàn)丙烯酸與醇酸樹(shù)脂雜化改性的工藝技術(shù)較多。例如，醇酸樹(shù)脂保持低聚物狀態(tài)，將其和丙烯酸單體結(jié)合以形成聚合反應(yīng)，乳化后能獲得良好的耐候性；或在丙烯酸乳液狀態(tài)下，加醇酸樹(shù)脂低聚物產(chǎn)生聚合反應(yīng)。通常，丙烯酸與醇酸樹(shù)脂雜化技術(shù)改性可用常規(guī)乳液聚合反應(yīng)，或者加用低分子質(zhì)量的甲基丙烯酸甲酯實(shí)現(xiàn)細(xì)乳液聚合反應(yīng)，這種方法能有效提高丙烯酸樹(shù)脂材料的穩(wěn)定性，強(qiáng)化涂膜的性能。

3.2.3 紫外光固化工藝

紫外光固化丙烯酸樹(shù)脂材料的工藝分為陽(yáng)離子和陰離子固化。常用的固化工藝是陰離子固化，因?yàn)楸┧針?shù)脂中有丙烯酰氧基，這種氧基能產(chǎn)生自由基，從而使紫外光固化丙烯酸樹(shù)脂材料的工藝能有效實(shí)現(xiàn)。一般在紫外光固化丙烯酸樹(shù)脂涂料過(guò)程中，可以采用的品種較多，如丙烯酸-環(huán)氧和丙烯酸-有機(jī)硅、丙烯酸-聚酯等，能使丙烯酸樹(shù)脂材料的耐候性得到有效改善。紫外光固化丙烯酸樹(shù)脂涂料工藝實(shí)現(xiàn)時(shí)，要注重涂料抗沾污性和耐候性的改善，有效加強(qiáng)涂料的化學(xué)抗性，常用的紫外光固化改性材料較多。例如，采用氟材料進(jìn)行改性，同時(shí)也具有較多的技術(shù)途徑，氟化丙烯酸酯現(xiàn)已商品化，采用氟化丙烯酸酯制成具備氟分子的紫外光固化丙烯酸樹(shù)脂材料，或者制備丙烯酸-環(huán)氧涂料，這種方法能有效提高丙烯酸樹(shù)脂材料的耐候性，同時(shí)深度增強(qiáng)丙烯酸樹(shù)脂材料的抗沾污性，使材料的整體性能有效增強(qiáng)。采用氟化多元醇與多異氰酸酯反應(yīng)，這種物質(zhì)中加入丙烯酰的氧基，便可得到紫外光固化的聚氨酯-丙烯酸酯，材料的耐候性得到明顯改善。氟化多異氰酸酯以紫外光固化能制成丙烯酸-聚氨酯，這種物質(zhì)的耐候性強(qiáng)，性能得到深度改良，但不利于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，因?yàn)樵系某杀据^高，選擇時(shí)，要注意綜合考慮產(chǎn)品特性和經(jīng)濟(jì)效益。

4 丙烯酸樹(shù)脂材料耐候性試驗(yàn)

4.1 打底層粘附

丙烯酸樹(shù)脂材料會(huì)直接和物品接觸，這種涂層要求黏合力強(qiáng)，薄膜的柔軟性良好，具備良好的彈性，有較好的耐寒性，能抗溶劑。加工物品的過(guò)程中會(huì)進(jìn)行磨面等處理，使粒面被去除掉，再用樹(shù)脂材料對(duì)物品中進(jìn)行填充。應(yīng)注意在填充時(shí)不能太深，只要將物體的表面有效封閉即可，避免著色層向物品中不斷滲透，防止著色涂層的膜厚變薄，保證物品的涂飾效果良好，嚴(yán)格把控涂層的滲透深度，保證物品表面形成膜物質(zhì)封閉的效果，阻止涂層過(guò)程中出現(xiàn)裂漿，確保涂層的效果［4］。本次用甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯涂層的效果顯著，這種物質(zhì)作為底漿的優(yōu)勢(shì)明顯，涂層后的底層效果良好，未見(jiàn)材料滲入物品深層，物品的封閉效果良好，粘附力強(qiáng)，說(shuō)明丙烯酸樹(shù)脂涂料的耐候性明顯改善。

4.2 中層著色

物品涂飾要注重著色，通常要選擇適宜的顏料對(duì)物品的表面進(jìn)行著色，以達(dá)到遮飾的效果，保持涂飾的薄膜色澤鮮艷度良好，涂飾均勻且細(xì)致，確保涂料和底層的薄膜有良好的黏合力，注意保證薄膜的硬度。通常，用于中層著色的丙烯酸樹(shù)脂涂料硬度要良好，具備良好的抗張強(qiáng)度，同時(shí)耐磨性強(qiáng)，延伸性和吸水性弱，耐寒性強(qiáng)，并有著較強(qiáng)的抗溶劑性。中層著色的涂料要具備較強(qiáng)的遮飾能力，流平性良好，具備較好的成膜性，保證成膜的光澤度和均勻性。丙烯酸樹(shù)脂單體材料的耐熱度不夠，粘附力較低，薄膜強(qiáng)度欠佳，不能有效地耐磨，且耐溶劑性差。本次用丙烯酸與醇酸樹(shù)脂雜化技術(shù)改性的丙烯酸樹(shù)脂涂料改性效果顯著，涂料的光澤度和硬度明顯改善，有較強(qiáng)的耐熱性和耐寒性，說(shuō)明丙烯酸與醇酸樹(shù)脂雜化技術(shù)能對(duì)丙烯酸樹(shù)脂的耐候性進(jìn)行有效改善。

4.3 光亮頂層

物品的頂層光亮度非常關(guān)鍵，采用的涂料要具備良好的觀感性能，且耐干的性能高，具備良好的耐磨性能，黏合力強(qiáng)，硬度要高，光澤度好，抗水性能強(qiáng)。注意，光亮頂層的涂料要選擇無(wú)色的材料，但也可以添加水不溶性染料對(duì)顏色進(jìn)行改善，更好地改善涂料的色澤，防止施工過(guò)程中發(fā)生脫色的問(wèn)題。聚丙烯酸樹(shù)脂是光亮頂層的常用涂料，通常采用加入適當(dāng)?shù)墓饬羷┘纯?，這種方法能有效改善頂層涂層的效果。本次用紫外光固化工藝處理的丙烯酸樹(shù)脂涂料，其耐候性顯著改善，涂裝效率明顯提高，頂層的光澤度充分改善，得到有效保持［5-6］。

5 結(jié)語(yǔ)

提高丙烯酸樹(shù)脂耐候性要?dú)v經(jīng)復(fù)雜的過(guò)程，嚴(yán)格把控丙烯酸樹(shù)脂改性，加強(qiáng)耐候性試驗(yàn)，可以有效強(qiáng)化丙烯酸樹(shù)脂產(chǎn)品的耐候性，能更好地應(yīng)用于各大行業(yè)，推動(dòng)我國(guó)涂料工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。