彩色丙烯酸酯乳液的合成.doc

彩色丙烯酸酯乳液的合成 (西南科技大学材料科学与工程学院,四川绵阳621000) ????摘要:采用乳液聚合方法合成丙烯酸酯乳液后,通过用含有—NH2的单体与染料分子中的—Cl进行亲核取代反应,通过化学反应直接将染料分子接到聚合物链中,得到彩色丙烯酸酯乳液。丙烯酰胺单体加入增加了涂膜的耐水性和机械性能。研究了功能单体的选择、丙烯酰胺加入方式、加量,染料加入方式及加量等对合成彩色乳液的影响,找出了合成彩色丙烯酸酯乳液的最佳参数。该彩色丙烯酸酯乳液具有粘结性强、成膜性好、机械性能好、耐高温性、耐紫外光和雨水冲刷等优异性能,具有很好的着色性能和不褪色的性能,可克服传统工艺染料分散困难、色泽不自然、易褪色等缺陷。 ????关键词:丙烯酸酯乳液;彩色;亲核取代;染料;不褪色 ????0引言 ????丙烯酸树脂的耐水性、耐热性、耐寒性、耐污性等不够理想,涂层带有回粘性,特别是彩色丙烯酸酯乳液涂料采用机械搅拌工艺,其染料分散困难、色泽不自然、易褪色等,已满足不了家庭装修、现代工程装修等的要求。特别是海拔较高、太阳照射时间较长,紫外线较强和雨水充沛的地方十分需要一种不易褪色的外墙涂料。本文根据高分子染料的合成原理[1]、纤维染色原理[2],在合成丙烯酸酯乳液过程中,通过用含—NH2的丙烯酰胺单体进行Hofmann降级反应后与染料分子中的—Cl进行亲核取代反应,通过化学反应直接将染料分子接到聚合物链中,得到彩色丙烯酸酯乳液。该彩色乳液除具有丙烯酸酯类树脂粘结性强、成膜性好的特点外,还具有很好的着色性能和不褪色的性能,可克服传统工艺染料分散困难、色泽不自然、易褪色等缺陷。该涂料既具有环保概念,又具有色泽自然、不易褪色等优良性能,因此,对该课题的研究具有十分重要的意义。 ????1实验部分 ????1.1主要设备与原材料 ????1.1.1主要设备 ????JJ-1增力电动搅拌器(60W);电子万用电炉(2000W);三口瓶(500mL);冷凝回流装置;自制滴液管;温度计;红外光谱仪。 ????1.1.2主要原材料 ????烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、十二烷基磺酸钠(DSB)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酰胺(AM)、过硫酸铵、活性艳红X-3B、溴水、NaOH溶液:均为分析纯。 ????1.2实验方法 ????1.2.1种子乳液的制备 ????在带有变速搅拌器、温度计、回流冷凝管、滴液管的三口瓶中,将OP-10与十二烷基磺酸钠的混合乳化剂和去离子水加入反应器中,搅拌加热,升温至62加入部分过硫酸铵水溶液,升温至74加入部分MMA、BA、MAA的混合单体,在80时保温0.5h,合成聚合物种子乳液[3]。 ??1.2.2彩色丙烯酸酯乳液的合成 ????在带有变速搅拌器、温度计、回流冷凝管、滴液管的三口瓶中,将种子乳液升温至84左右,控制一定的搅拌速度,以连续滴加的方式将剩余混合单体在约2h滴完(在滴完混合单体前0.5h开始滴加丙烯酰胺溶液),然后加入剩余的过硫酸铵水溶液,在88恒温40min后,降温至常温,加入一定量的溴水和氢氧化钠的混合溶液,并恒温30min。升温至40～50,加入染料的水溶液,恒温约1h,得到彩色丙烯酸酯乳液,装桶。 ????1.3实验原理 ????通过Hofmann降级反应消去聚丙烯酰胺分子中的CO基团,得到聚乙烯胺结构,其反应原理如式1所示;然后和染料分子中的—Cl在碱性条件下发生亲核取代反应,将染料分子引入到聚合物链中,其反应原理如式2所示。 ???? 反应原理 ???? ????2影响彩色硅丙乳液合成的因素 2.1功能单体的选择 ????聚丙烯酰胺分子在通过降级反应生成聚乙烯胺结构后与染料分子中的—Cl在碱性条件下发生亲核取代反应,将染料分子引入到聚合物链中。由于聚丙烯酰胺分子中CO的共轭效应使N的电负性小于聚乙烯胺中N电负性,因此聚乙烯胺结构更容易与染料分子发生亲核取代反应。甲基丙烯酸和丙烯酰胺都是水溶性单体,在制备的乳液中,两种单体更多地覆盖在乳胶粒子表面,加入碱后,粒子发生溶胀,聚合物链相互排斥伸向水溶液中,有利于与染料分子反应[4];除此之外,丙烯酰胺中的—NH2和甲基丙烯酸中的—COOH发生反应,在涂膜中起到一定的交联作用,增强了涂膜的耐水性、耐溶剂溶胀性和机械性能[5]。因此选用甲基丙烯酸和丙烯酰胺作为功能单体得到的彩色乳液具有更好的性能。将不同时间加入甲基丙烯酸、丙烯酰胺制备的6种彩色乳液分别涂刷在12块五合板上,在室温下干燥24h,然后分别将6种样品的6块涂板放入沸水中煮60min后,放在空气中干燥24h,与未煮的6块涂板作对比,其实验结果如表1所示。 ????表1样品经沸水煮后的颜色变化情况 ???? 表1样品经沸水煮后的颜色变化情况 ????