提高丙烯酸樹脂的耐候性研究

陳燕

（恩希愛（杭州）薄膜有限公司 浙江杭州 311231）

丙烯酸樹脂材料具備耐候性、抗老化及耐腐蝕性等優勢特性，研究發現，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，涂層的效果優良，可以表現出較強的裝飾作用。丙烯酸樹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 丙烯酸樹脂的分類

1.1 以生產方式分類

丙烯酸樹脂按照生產方式分類，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劑、蒸餾水反應聚合形成的丙烯酸樹脂，這種樹脂通常有50%的乳液及50%的水，呈乳膠溶液狀態，有乳白泛藍的丁達爾現象，玻璃化溫度采用FOX 公式設計，乳液分子量大，屬于環保型乳液。懸浮聚合的生產工藝非常復雜，通常制作的樹脂是固體狀態，由甲基丙烯酸酯反應形成，這種物質有官能團，反應釜中的反應控制難度較大，產品質量要進行嚴格的控制。本體聚合的生產工藝效率高，制備時，主要將原料放在特殊塑料薄膜中，使其反應成為結塊狀，通過粉碎和過濾，形成固體丙烯酸樹脂，具有較好的純度和穩定性，但對溶劑溶解性較低，顏料分散性欠佳。

1.2 以成膜機理分類

丙烯酸樹脂通常分為熱塑性丙烯酸樹脂和熱固性丙烯酸樹脂。前者是在成膜過程中無進一步交聯，相對分子量偏大，使用后的保光效果好，具有較強的保色性能，可以耐水、耐化學物質侵蝕，無需較長時間的干燥，施工操作簡單、便捷，如果施工有缺陷或不達標，則可以重新涂飾，容易進行返工。實踐研究顯示，熱塑性丙烯酸樹脂在制備鋁粉漆時的穩定性好，具有較強的鋁粉白度，同時，鋁粉的定位性佳，這種丙烯酸樹脂通常用在汽車和機械、建筑及電器等領域。后者是一種具有官能團的結構，制漆時，要添加環氧樹脂和氨基樹脂等，用其具有的官能團進行反應，促使丙烯酸形成網狀結構，這類樹脂的分子量低，豐滿度好，光澤和硬度等指標優異，具有良好的耐溶劑性和耐候性，高溫烘烤條件下不會發生變色的問題，泛黃的風險低。熱固性丙烯酸樹脂與氨基酸樹脂結合形成氨基-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，具有較高的使用價值。

1.3 以分散介質分類

分散介質不同，則丙烯酸樹脂的性質存在差異，通常包括油性丙烯酸樹脂和水性丙烯酸樹脂。前者通常包括固體與液態，如果樹脂固體含量超過30%，則表現為固體油性丙烯酸樹脂。通常，丙烯酸樹脂的固體含量高，說明含有的溶劑量少，市場應用更為廣泛。后者一般分為固體與液態，這種樹脂的節能環保特點明顯，同時，采買價格較低。涂料行業中運用的樹脂大都是這類丙烯酸樹脂。水性固體丙烯酸樹脂以固態的形式存在，我國對這種丙烯酸樹脂的生產量不高，各大行業中的使用量較少，主要用于紙張上光油與印刷油墨領域，少部分領域需要采用特殊性質的熱塑性固體丙烯酸樹脂，因為這種丙烯酸樹脂能發揮獨特的性能。

2 丙烯酸樹脂耐候性試驗方法要點

耐候性試驗是產品配方優化的關鍵，尤其是丙烯酸樹脂材料要高度重視耐候性試驗，如涂料、汽車安全玻璃等，要按照產品的標準要求進行嚴格的耐候性試驗。丙烯酸樹脂材料發生老化的關鍵點是陽光與潮濕等不良環境，材料耐候性試驗要對陽光、雨露等自然因素造成的危害進行試驗［1］。采用氙燈進行陽光模擬，照射丙烯酸樹脂材料或產品，以冷凝濕氣作為雨水與露水，將接受檢測的材料或產品置于試驗箱內，使其接受光照與潮氣。注意保持這兩種自然環境交替循環，在模擬自然環境不斷循環的狀態下周期性檢測，這種模擬環境能有效驗證丙烯酸樹脂材料或產品的耐候性。丙烯酸樹脂耐候性試驗可以在短時間內了解到材料的危害情況，以數天或者數周時間，驗證丙烯酸樹脂材料在戶外數月、數年的危害情況，這種人工加速的老化試驗可獲得大量的數據，并且數據的真實性高，試驗人員根據數據采用新的材料，再對材料進行合理的改造，綜合評價采用的配方對丙烯酸樹脂產品耐久性造成的影響，及時調整配方，全面評估配方變化對丙烯酸樹脂產品質量和耐候性造成的影響。

丙烯酸樹脂材料耐候性試驗比較理想的方法是自然氣候老化試驗，這種試驗方法得出的數據和結果可靠性強，無需較大的試驗費用，各項試驗操作簡單便捷。但自然氣候老化試驗對場地的要求很嚴格，需要保持陽光充足和暴露性好，自然氣候老化試驗需要較長的時間才能獲得數據。例如，需要1年時間才能得到比較可靠的數據，而實際的丙烯酸樹脂材料耐候性試驗需要短時間獲得結果，等待時間不能過長，所以，通常要采用人工加速老化試驗，這種耐候性試驗的時間短，獲得的數據比較理想，無需耗費較長時間便可得到結果。

3 丙烯酸樹脂的改性

3.1 丙烯酸樹脂單體耐候性特點

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

3.2 丙烯酸樹脂改性工藝技術

3.2.1 納米材料與丙烯酸單體原位聚合反應

丙烯酸樹脂改性工藝技術較多，主要采用松香和植物油、聚酯、酚醛，以及醇酸、環氧、有機硅等物質復合丙烯酸樹脂進行改性，通過改性提高丙烯酸樹脂的性能，或者賦予丙烯酸樹脂新的性能。納米材料與丙烯酸單體進行原位聚合反應，這種技術能對丙烯酸樹脂進行有效改性，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合，使其產生原位聚合反應，經此形成含有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，無團聚的特點，聚合反應后能形成UV 固化，這時能有效改善涂膜耐熱性，使丙烯酸樹脂材料的硬度明顯提高。

原位乳液聚合是一種丙烯酸樹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，對丙烯酸樹脂材料實施原位乳液聚合，使其形成納米復合乳液，以比例調整與醇酸乳液對其實施雜化改性，這種改性可能導致丙烯酸樹脂材料的耐沖擊性能稍微弱化，但能明顯增強涂膜光澤度，使涂膜的硬度顯著強化，附著能力也明顯提高。經實踐研究顯示，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改性的最佳配方。

3.2.2 丙烯酸與醇酸樹脂雜化技術

丙烯酸與醇酸樹脂雜化改性技術主要用于水性丙烯酸樹脂材料，能有效改性水性醇酸樹脂涂料的特點，使其耐候性得到有效改善。以丙烯酸對水性醇酸樹脂進行改性后，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，使用過程中有保光的優勢，能較長時間發揮保色作用，醇酸乳液的不良特點得到有效改善，如干燥速度慢的問題得到有效解決。在改性的過程中，應注意不能把丙烯酸乳液、醇酸乳液機械地進行簡單混合，要注重其他方面的把控，避免混合攪拌停止后材料出現分層的問題，雜化技術能有效防止上述問題的出現［3］。

目前，可實現丙烯酸與醇酸樹脂雜化改性的工藝技術較多。例如，醇酸樹脂保持低聚物狀態，將其和丙烯酸單體結合以形成聚合反應，乳化后能獲得良好的耐候性；或在丙烯酸乳液狀態下，加醇酸樹脂低聚物產生聚合反應。通常，丙烯酸與醇酸樹脂雜化技術改性可用常規乳液聚合反應，或者加用低分子質量的甲基丙烯酸甲酯實現細乳液聚合反應，這種方法能有效提高丙烯酸樹脂材料的穩定性，強化涂膜的性能。

3.2.3 紫外光固化工藝

紫外光固化丙烯酸樹脂材料的工藝分為陽離子和陰離子固化。常用的固化工藝是陰離子固化，因為丙烯酸樹脂中有丙烯酰氧基，這種氧基能產生自由基，從而使紫外光固化丙烯酸樹脂材料的工藝能有效實現。一般在紫外光固化丙烯酸樹脂涂料過程中，可以采用的品種較多，如丙烯酸-環氧和丙烯酸-有機硅、丙烯酸-聚酯等，能使丙烯酸樹脂材料的耐候性得到有效改善。紫外光固化丙烯酸樹脂涂料工藝實現時，要注重涂料抗沾污性和耐候性的改善，有效加強涂料的化學抗性，常用的紫外光固化改性材料較多。例如，采用氟材料進行改性，同時也具有較多的技術途徑，氟化丙烯酸酯現已商品化，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脂材料，或者制備丙烯酸-環氧涂料，這種方法能有效提高丙烯酸樹脂材料的耐候性，同時深度增強丙烯酸樹脂材料的抗沾污性，使材料的整體性能有效增強。采用氟化多元醇與多異氰酸酯反應，這種物質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，這種物質的耐候性強，性能得到深度改良，但不利于產業化發展，因為原料的成本較高，選擇時，要注意綜合考慮產品特性和經濟效益。

4 丙烯酸樹脂材料耐候性試驗

4.1 打底層粘附

丙烯酸樹脂材料會直接和物品接觸，這種涂層要求黏合力強，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。加工物品的過程中會進行磨面等處理，使粒面被去除掉，再用樹脂材料對物品中進行填充。應注意在填充時不能太深，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，嚴格把控涂層的滲透深度，保證物品表面形成膜物質封閉的效果，阻止涂層過程中出現裂漿，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，這種物質作為底漿的優勢明顯，涂層后的底層效果良好，未見材料滲入物品深層，物品的封閉效果良好，粘附力強，說明丙烯酸樹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物品的表面進行著色，以達到遮飾的效果，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脂涂料硬度要良好，具備良好的抗張強度，同時耐磨性強，延伸性和吸水性弱，耐寒性強，并有著較強的抗溶劑性。中層著色的涂料要具備較強的遮飾能力，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。丙烯酸樹脂單體材料的耐熱度不夠，粘附力較低，薄膜強度欠佳，不能有效地耐磨，且耐溶劑性差。本次用丙烯酸與醇酸樹脂雜化技術改性的丙烯酸樹脂涂料改性效果顯著，涂料的光澤度和硬度明顯改善，有較強的耐熱性和耐寒性，說明丙烯酸與醇酸樹脂雜化技術能對丙烯酸樹脂的耐候性進行有效改善。

4.3 光亮頂層

物品的頂層光亮度非常關鍵，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，硬度要高，光澤度好，抗水性能強。注意，光亮頂層的涂料要選擇無色的材料，但也可以添加水不溶性染料對顏色進行改善，更好地改善涂料的色澤，防止施工過程中發生脫色的問題。聚丙烯酸樹脂是光亮頂層的常用涂料，通常采用加入適當的光亮劑即可，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 結語

提高丙烯酸樹脂耐候性要歷經復雜的過程，嚴格把控丙烯酸樹脂改性，加強耐候性試驗，可以有效強化丙烯酸樹脂產品的耐候性，能更好地應用于各大行業，推動我國涂料工業的進一步發展。