以丙烯酸或丙烯酸酯类为主要原料合成的丙烯酸酯乳液具有优异的光稳定性和耐候性,良好的耐水、耐碱、耐化学品性能和粘接性能,因此广泛地用作胶粘剂、涂料成膜剂以及日用化工、化学电源、功能膜、医用高分子、纳米材料以及水处理等方面。但是丙烯酸酯乳液存在着低温变脆、高温变黏失强、易回黏等缺点,限制了它的应用范围和使用价值。近年来,随着聚合技术的不断完善和发展,以及人们对环保产品的重视,丙烯酸酯乳液的改性受到了人们的广泛关注。一般来说,主要从两个方面对丙烯酸酯乳液进行改性:一是引入新的功能性单体;二是采用新的乳液聚合技术。
丙烯酸酯聚合物具有优良的成膜性、粘接性、保光性、耐候性、耐腐烛性和柔韧性。但其本身是热塑性的,线性分子上又缺少交联点,难以形成三维网状交联胶膜,因此其耐水性、耐沾污性差,低温易变脆、高温易发黏。而有机硅树脂中的Si-O键能(450kJ/mol)远大于C-C键能(351kJ/mol),内旋转能垒低,分子摩尔体积大,表面能小,具有良好的耐紫外光、耐候性、耐沾污性和耐化学介质性等特性。用有机桂改性丙烯酸酯乳液,可以综合二者的优点,改善丙稀酸酯乳液"热黏冷脆"、耐候、耐水等性能,将其应用范围扩大至胶粘剂、外墙涂料、皮革涂饰剂、织物整理剂和印花等领域。
有机硅改性聚丙稀酸酯分为物理改性和化学改性两种方法。其中,用有机硅氧烷对丙烯酸酯类乳液进行物理改性的方法通常有两种:一是有机硅氧烷单体作为粘附力促进剂和偶联剂直接加入到丙烯酸酯类乳液中进行改性;二是先将有机硅氧烷制成有机乳液,再将它与丙烯酸酯类乳液冷拼共混进行改性。化学改性法是基于聚硅氧烷和聚丙烯酸酯之间的化学反应,从而将有机硅分子和聚丙烯酸酯有机结合的一种方法。通过化学改性,可改善聚硅氧烷和聚丙烯酸酯的相容性,抑制有机硅分子表面迁移使两者分散均匀,从而达到改善聚丙烯酸酯共聚物乳液的物理力学性能的目的。根据有机硅材料的不同可以采用以下三种方法(1)含双键的硅氧烷,特别是含双键的硅氧烷低聚物与丙烯酸酯单体共聚,生成侧链含有硅氧烷的梳形共聚物或主链含有硅氧烷的共聚物;(2)带羟基的硅氧烷与含羟基的丙烯酸酯通过缩合反应生成接枝共聚物;(3)含氢聚硅氧烷与丙烯酸酯在铂催化剂的作用下进行聚合。
氟是元素周期表中电负性最大的元素,具有最强的电负性、最低的极化率,而原子半径仅次于氢。氟原子取代C-H键上的H,形成的C-F键极短,而键能高达460kJ/mol。含氟丙烯酸酯聚合物中的全氟基团位于聚合物的侧链上,在成膜的过程中,含氟丙烯酸酯聚合物中全氟烷基会富积到聚合物与空气的界面,并向空气中伸展,由于全氟侧链趋向朝外,对主链以及内部分子形成"屏蔽保护"。其次,氟原子半径比氢原子略大,但比其他元素的原子半径小,能把碳碳主链严密地包住,使得含氟丙烯酸酯类聚合物物理性能稳定,耐久性以及抗化学药品性好。因此,在聚丙烯酸酯高分子链上引入全氟烷基,可以得到防水、防污、防油、具有良好的成膜性、柔韧性和粘接性能的含氟丙烯酸酯聚合物。
聚氨酯具有耐低温、柔韧性好及粘接强度高等优点,但是水性聚氨酯胶膜耐候性、耐水性差,力学强度不及丙烯酸酯乳液。将水性丙烯酸酯和聚氨酯复合,能够克服各自的缺点,使胶膜性能得到明显地改善,且成本较低,具有较好的应用前景。聚氨酯改性丙烯酸酯乳液主要有以下四种途径: (I)聚氨酯乳液与丙烯酸酯乳液物理共混;(2)合成带双键的不饱和氨基甲酸酯单体和丙烯酸酯共聚;(3)用聚氨酯乳液作种子进行乳液聚合;(4)先制得溶剂型聚氨酯丙烯酸酯,再蒸除溶剂,中和,乳化得到复合乳液。
环氧改性丙烯酸酯是在乳液环氧树脂分子链的两端引入丙烯基不饱和双键,然后与其他单体共聚,得到的乳液既具有环氧树脂的高模量、高强度、耐化学品和优良的防腐烛性,又具有丙烯酸酯的光泽度、丰满度和耐候性好等特点,且价格低廉,适用于装饰性要求特别高的场合,如塑料表面涂装、加工过程(如表面处理、电镀、烫金、镀膜等)的需要。环氧丙烯酸酯乳液的合成反应是自由基聚合机理环氧树脂虽然没有不饱和双键,但含有醚键,其邻位碳原子上的α-H相对比较活拨,在引发剂自由基的作用下可形成自由不饱和单体接枝聚合反应,制得环氧丙烯酸树脂,其聚合反应的最终产物为未接枝的环氧树脂、接枝聚合的环氧树脂和丙烯酸酯共聚物的混合物。
