隨著涂料工業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)涂料中的揮發(fā)性有機(jī)溶劑(VOC)對大氣的污染日趨嚴(yán)重。因此，環(huán)境友好型涂料越來越受到人們的重視。高固體分涂料是環(huán)境友好型涂料中發(fā)展較迅速的一種，因其不僅能節(jié)省涂料生產(chǎn)和使用中的溶劑、降低污染，還能利用現(xiàn)有的施工設(shè)備，并可與現(xiàn)有涂料體系相匹配。因此，高固體分涂料得到了很大的發(fā)展[1]。丙烯酸聚氨酯絕緣涂料是一類涂覆在電氣設(shè)備表面起一定絕緣作用的功能涂料。它是一種綜合性能優(yōu)異的高分子復(fù)合材料，除具有一定的絕緣功能外，還具有良好的耐候性、耐化學(xué)品性、機(jī)械性能和常溫干燥速度快等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用到電氣絕緣領(lǐng)域，但越來越嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)使得低固體分丙烯酸涂料的應(yīng)用受到了很大的限制[2]。本研究以自由基聚合的基本理論為基礎(chǔ)，系統(tǒng)考察影響丙烯酸聚合物相對分子質(zhì)量及其分布的因素，制備相對分子質(zhì)量低的丙烯酸樹脂，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行高固體分丙烯酸聚氨酯涂料的研制。

2 試驗(yàn)部分

2.1試驗(yàn)原料

甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羥丙酯、叔碳酸縮水甘油酯(CarduraE10)等，均為分析純;增強(qiáng)填料、顏料、乙烯基硅烷等，均為工業(yè)級。

2.2主要儀器

ISO刮板細(xì)度計(jì)，QCJ型涂膜沖擊器，凝膠色譜滲透儀(HewlettPackar公司)。

2.3制備工藝

高固體分低相對分子質(zhì)量的丙烯酸樹脂合成工藝流程見圖1。

圖1 丙烯酸樹脂的合成工藝流程

以合成的低相對分子質(zhì)量的熱固性丙烯酸樹脂為甲組分，以HDI縮二脲為固化劑，加入合適的消泡劑、流平劑等助劑，按—NCO/—OH(物質(zhì)的量比)為1∶1配制雙組分丙烯酸聚氨酯絕緣清漆。所得樹脂以及絕緣清漆的性能見表1和表2。

 

表1 丙烯酸樹脂的性能

表2 絕緣清漆的性能

3.1引發(fā)劑的選擇及用量

對高固體分羥基丙烯酸樹脂來說，引發(fā)劑對樹脂的相對分子質(zhì)量有很大的影響。用2種半衰期適合本反應(yīng)的引發(fā)劑合成的樹脂的性能比較見表3。

表3 引發(fā)劑引發(fā)合成的樹脂的性能比較

本試驗(yàn)用二叔戊基過氧化物(DTAP)作引發(fā)劑。因DTAP引發(fā)的自由基反應(yīng)不能奪取氫原子，易于產(chǎn)生線性聚合物，所以它所合成的聚合物有較低的黏度，并且相對分子質(zhì)量分布較窄，樹脂黏度更低，更有利于制得高固體分涂料[3]。DTAP用量對樹脂數(shù)均相對分子質(zhì)量的影響見圖2。

圖2 引發(fā)劑用量與樹脂數(shù)均相對分子質(zhì)量的關(guān)系

由圖2可知，DTAP引發(fā)劑用量增大，不僅可增加反應(yīng)的活性點(diǎn)，增大反應(yīng)速率，而且可降低聚合物的相對分子質(zhì)量，但用量過大不僅會提高成本，增加生產(chǎn)上的不安全因素，而且會導(dǎo)致分解產(chǎn)物增多，影響產(chǎn)品的耐久性，所以本研究DTAP引發(fā)劑用量為3%～4%。

3.2溫度對合成的丙烯酸樹脂相對分子質(zhì)量的影響

提高反應(yīng)溫度能提高引發(fā)劑的分解速率，可降低樹脂的相對分子質(zhì)量[4]。反應(yīng)溫度與數(shù)均相對分子質(zhì)量的關(guān)系見圖3。

圖3 反應(yīng)溫度與數(shù)均相對分子質(zhì)量的關(guān)系

由圖3可知，聚合反應(yīng)溫度應(yīng)盡可能高一些。但是，在高溫引發(fā)聚合體系中，聚合物鏈自由基會由于偶合終止、鏈轉(zhuǎn)移及氧化反應(yīng)而極大地降低引發(fā)劑的引發(fā)效率[5]。所以，試驗(yàn)溫度應(yīng)綜合考慮這些因素，本試驗(yàn)不超過140℃。

3.3CarduraE10的引入及用量

CarduraE10是一種含環(huán)氧基的化合物，其分子中的環(huán)氧基與丙烯酸的羧基反應(yīng)生成龐大而疏水的叔碳酸酯結(jié)構(gòu)而被引入到丙烯酸樹脂中。CardaraE10的加入可大大降低聚合物的黏度，但其價(jià)格較高，應(yīng)根據(jù)用途確定最終用量。本研究中不超過0.6%。

　  3.4固化劑的選擇

由于作主劑的羥基丙烯酸樹脂的相對分子質(zhì)量降低，就需要黏度低、交聯(lián)活性高的聚氨酯固化劑。性能比較好的是近年來新開發(fā)的多異氰酸酯多聚體，其官能度均在3個以上，相對分子質(zhì)量小，交聯(lián)活性高。本試驗(yàn)用HDI縮二脲作固化劑，效果較為理想。

3.5溶劑體系的選擇

高固體分羥基丙烯酸樹脂合成反應(yīng)體系中溶劑的選擇取決于多方面因素，首先應(yīng)選擇鏈轉(zhuǎn)移常數(shù)較大的溶劑，其次其沸點(diǎn)應(yīng)該較高便于提高反應(yīng)溫度，丙烯酸樹脂在多種溶劑中的黏度見表4。

表4 溶劑與溶液的黏度關(guān)系

由表4可知，甲基戊基甲酮溶液的黏度比異丁酸異丁酯及二甲苯溶液的黏度低一倍以上，在相同固體含量下甲基戊基甲酮制成的涂料的黏度比二甲苯、異丁酸酯制成的涂料黏度都低。

3.6高固體分涂料電性能的比較

普通溶劑型清漆(1#)與高固體分清漆(2#)的電性能比較見表5。

表5 不同丙烯酸樹脂固化后電性能

由表5可知，試樣1#和試樣2#相比，2#的體積電阻率和介電強(qiáng)度明顯優(yōu)于1#，這可能是由于固體含量提高之后，出現(xiàn)了更多的活性交聯(lián)點(diǎn)，羥基與多異氰酸酯的反應(yīng)更加完全，交聯(lián)密度更高。

4 結(jié)語

考察了聚合溫度及引發(fā)劑對聚合物相對分子質(zhì)量的影響，通過引入叔丁基縮水甘油酯以及溶劑的選擇進(jìn)一步降低反應(yīng)體系黏度，合成了高固體分丙烯酸聚合物并進(jìn)一步制得了高固體分丙烯酸聚氨酯清漆。工藝條件：反應(yīng)溫度為140℃，引發(fā)劑為DTAP，用量為3%～4%，選擇甲基戊基甲酮作溶劑，與縮二脲配合制得高固體分丙烯酸聚氨酯清漆，綜合性能良好。