Page 39 - 涂料工业2024年第02期电子刊

杨 帅等：温度响应性聚丙烯酸酯分散体的制备及性能研究

离。利用这一特性使用紫外-可见分光光度计测量 由图 1 可以看出，随着中和度的不断增大，分散
升温过程中分散体透过率的变化 。 测试波长为 体的粒径不断减小，黏度不断提高。这是由于 DMEA
800 nm，测试温度从 25 ℃ 升至 90 ℃ ，升温速度为 增加，聚合物中的—COOH 与更多的胺基中和形成铵
5 ℃/min，测试曲线拐点为 LCST。 盐，聚合物的亲水性得到提高，使其更加容易分散在
相转变温度测量法：当温度高于 LCST，氢键会被 水中，粒径随之变小；同时由于亲水性的提高，聚合
破坏，聚合物脱水，氢键破坏是吸热过程，通过 DSC 物与水分子之间的氢键作用力增强，束缚了链段的
可以测量出吸热峰，出峰温度即为 LCST。取分散体 运动而导致体系黏度也随之增大。
5~10 mg，以 10 ℃/min 的速度从 0 ℃升至 150 ℃，测试 2. 2 AA 含量对分散体性能和树脂膜吸水率
分散体的LCST。 的影响
因紫外-可见分光光度计最高工作温度为 90 ℃，
AA作为功能单体，赋予聚合物亲水基团，使其与
部分不同 AA含量的样品 LCST高于 90 ℃，进行 AA含
胺基中和形成铵盐，在水中更好的分散。在保持中
量对样品 LCST 影响考察时采用相转变温度测量法，
和度为 100%、两段投料质量比为 3∶1 的情况下，探究
其余测量LCST的方法均采用浊点测量法。
AA 的含量对分散体性能和树脂膜吸水率的影响，结
探
1. 3. 11 涂层性能 果见图2。 工
按照 GB/T 6739—2006 测试涂层的铅笔硬度。 由图 2（a）可以看出，随着 AA 含量的不断增加， 索
艺
按照 GB/T 9286—2021 测试涂层的附着力 。 按照 分散体的粒径不断降低，黏度则不断变大。这是由
技
GB/T 1733—1993甲法测试涂层的耐水性。 开
于聚合物链段中的羧基基团增多，亲水性提高，分散
1. 3. 12 分水情况 体在高速剪切下可以更好地分散在水中，粒径随之 发
术
当温度在 LCST 以上，分散体会有明显的相分离 降低，羧基与水分子之间的相互作用力增强，束缚了
现象，通过肉眼直接观察分散体分别在 25 ℃和特定 链段的自由运动从而导致黏度提高。由图 2（b）可以
温度下的分水情况。 看出，随着 AA 的含量增加，树脂膜中亲水性基团增

多，水与亲水基团之间的氢键作用使自由水填满微
2 结果与讨论
腔，导致树脂膜的吸水率变大。
从图 2（c）可以看出，当 AA 含量为 2. 25% 时，分
2. 1 中和度对分散体粒径和黏度的影响
散体的 LCST 为 75 ℃，AA 含量升至 3. 5% 时，分散体
水性羟基聚丙烯酸酯二级分散体的合成是先将
的 LCST 则上升到 100 ℃以上，即聚合物的 LCST 随着
单体在溶剂中聚合形成高聚物，再加胺中和羧基形
链段中亲水基团的增加而变大。这是由于在保持单
成铵盐，使高聚物能够更好地分散在水中，因此中和
体总量不变的情况下，AA 含量增加，羧基含量增多，
度是分散体的一个重要参数。图 1 是不同中和度下
聚合物链段与水分子的之间的氢键作用力增强，导
分散体粒径和黏度。
致需要更高的温度来破坏氢键作用，从而使分散体

的 LCST 变大。当温度高于 100 ℃后，分散体中的水
达到沸点，会产生向下的吸热峰，导致 AA 含量为

3. 00% 和 3. 50% 分散体的 LCST 无法通过 DSC 法准
粒径/nm （Pa·s） 确测定。从图 2（d）可知，在 90 ℃下恒温 10 min，AA

黏度/ 含量为 2. 25%、2. 50%、2. 75% 的分散体均有明显的
分水效果，而 AA 含量为 3. 00% 和 3. 50% 的分散体因
没有达到LCST而未出现分水情况。

2. 3 两段投料质量比对分散体性能的影响
中和度/% 保持中和度为 100%，AA 含量为 2. 50%，考察两

? ?
段投料质量比对分散体性能的影响，结果见表2。
图1 中和度对分散体粒径和黏度的影响
由表 2 可知，随分散体第一阶段投料单体含量的
Fig. 1 Effect of neutralization degree on particle size and
降低，M 呈下降趋势，相对分子质量分布逐渐变窄，
viscosity of dispersion
n
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