水性丙烯酸树脂的配方设计

水性丙烯酸树脂及其涂料应用范围很广，因此其配方设计是非常复杂的。基本原则主要遵循以下几点：

a要针对不同基材和产品确定树脂剂型——水稀释型或水乳型或分散体型；

b选择单体组成、玻璃化温度（Tg）；

c选择水性单体类型及用量；

d选择引发剂类型及用量；

E选择溶剂组成；

f选择乳化剂种类及用量；

g选择聚合工艺。

最后通过实验进行检验、修正，以确定最佳的产品工艺和配方。

单体的选择

a单体概述

为方便应用，通常将聚合单体分为硬单体、软单体和功能单体三大类。

硬单体:甲基丙烯酸甲酯（MMA）、苯乙烯（ST）、甲基丙烯酸异冰片酯(IBOMA) ；

软单体:丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)。

弱极性的苯乙烯、长链的丙烯酸及甲基丙烯酸酯（如月桂酯、十八烷酯）具有较好的耐醇性和耐水性。

功能性单体有含羟基的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，含羧基的单体有丙烯酸和甲基丙烯酸。

其它功能单体有：丙烯酰胺（AAM）、羟甲基丙烯酰胺（NMA）、双丙酮丙烯酰胺（DAAM）和甲基丙烯酸乙酰乙酸乙酯（AAEM）、甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯（DMAEMA）等。

功能单体的用量一般控制在1％~6％质量份。

乙烯基三异丙氧基硅烷单体由于异丙基的位阻效应，Si－O键水解较慢，在乳液聚合中其用量可以较高（10）。

含羧基的单体引入羧基可以改善树脂对颜、填料的润饰性及对基材的附着力，而且同环氧基团有反应性，对氨基树脂的固化有催化活性。

B单体共聚活性

由于单体结构不同，共聚活性不同，共聚物组成同单体混合物组成通常不同，对于二元、三元共聚，他们通过共聚物组成方程可以关联。对于更多元的共聚，没有很好的关联方程可用，只能通过实验研究，具体问题进行具体分析。

实际工作时一般采用单体混合物“饥饿态”加料法（即单体投料速率<共聚速率）控制共聚物组成。若混合单体的竟聚率相差太大，如苯乙烯同醋酸乙烯、氯乙烯、丙烯睛难以共聚。必须用活性相差较大的单体共聚时，可以补充一种单体进行过渡，即加入一种单体，而该单体同其它单体的竟聚率比较接近、共聚性好，苯乙烯同丙烯睛难以共聚，加入丙烯酸酯类单体就可以改善他们的共聚性。

下表中单体对的竟聚率可用来评估单体的共聚活性。

c羟基型丙烯酸树脂

合成水性羟基型丙烯酸树脂时羟基单体的种类和用量对树脂性能有重要影响。

水性双组分聚氨酯体系的羟基丙烯酸组分常用伯羟基类单体：丙烯酸羟乙酯（HEA）或甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）；

水性氨基烘漆的羟基丙烯酸组分常用仲羟基类单体：丙烯酸-β-羟丙酯（HPA）或甲基丙烯酸-β-羟丙酯（HPMA）。伯羟基类单体活性较高，由其合成的羟丙树脂用作氨基烘漆的羟基组分时影响成漆贮存，可选择仲羟基丙酯单体。

另外，通过羟基型链转移剂 （如巯基乙醇、巯基丙醇、巯基丙酸-2-羟乙酯）可以在大分子链端引入羟基，改善羟基分布，提高硬度，并使分子量分布变窄，降低体系粘度。

Tg的设计

玻璃化温度反映无定型聚合物由脆性的玻璃态转变为高弹态的转变温度。不同用途的涂料，其树脂的玻璃化温度相差很大。外墙漆用的弹性乳液其一般低于－10℃，北方应更低一些；而热塑性塑料漆用树脂的一般高于60℃。交联型丙烯酸树脂的一般在－20～400℃。

玻璃化温度的设计常用FOX公式：

其中， Wi为第i种单体的质量分数，为第i种单体对应均聚物的玻璃化温度，单位用K。一些单体的玻璃化温度可以查表。

该公式计算值有一定参考价值，但其准确度和单体组成有关，并不确定。

引发剂的选择

水稀释型丙烯酸树脂及丙烯酸树脂二级分散体主要用过氧类和偶氮类两种引发剂。

常用的过氧类引发剂的引发活性见下表：

过氧化二苯甲酰（BPO）是一种最常用得过氧类引发剂，正常使用温度70～100℃，过氧类引发剂容易发生诱导分解反应，而且其初级自由基容易夺取大分子链上的氢、氯等原子或基团，进而在大分子链上引入支链，适合于接枝杂化体的合成。

过氧化苯甲酸叔丁酯是近年来得到重要应用的引发剂，微黄色液体，沸点124℃，溶于大多数有机溶剂，室温稳定，对撞击不敏感，储运方便，它克服了过氧类引发剂的一些缺点，所合成的树脂分子量分布较窄，有利于固体分的提高。

偶氮类引发剂品种较少，常用的主要有偶氮二异丁腈（AIBN）、偶氮二异庚腈（ABVN）。其活性见下表：

过硫酸盐用于乳液聚合或水溶液聚合引发剂，包括过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾。过硫酸铵易溶于水，0℃时溶解度582g/L水，涂膜耐水性较好。

阳离子乳液聚合用偶氮二异丁基脒盐酸盐（V50 ）引发剂。其学名为：2，2-偶氮双（2-脒基丙烷）二盐酸盐。