环保型涂料用支化聚合物的合成和性能研究

High solids and UV-curving coatings are the two most important speicies of modern environmental friendly coatings. They have strict requirements to the viscosity,molecular weight and dispersing index,functional group content and position of polymers. Linear polymers synthesized by conventional polymerization methods can not meet the requirements for further property improvement. Hyperbranched and star polymers are the best candidates. Hyperbranched and star polyacrylates will be synthesized by ATRP with activator regenerated by electron transfer (ARGET-ATRP) using cupric salt catalyst concentration lower than 200 ppm based on monomer molar weight. Introducing hydroxyl or epoxy groups into polymer as pendant or terminal groups will be performed using functional monomers or terminal group modification based on click chemical reactions. The property-structure relationship of prepared polymers will be investigated. The prepared hyperbranched and star polymers will be used as resins in polyurethane-polyacrylates bi-component high solids coatings or cationic UV-curving coatings. The dependence of various properties of the prepared coatings on the molecular weight and dispersing index, degree of branching, functional group content and position, content of carbon-bromine end groups and cupric salt catalyst residue of the branched polymers will be investigated in detail. The research results will pave the way theoretically for the application of hyperbranched and star polyacrylates in high solids or UV-curving coatings.

高固体份涂料和光固化涂料是现代环保型涂料的重要品种，它们对树脂的粘度、分子量及分布、官能团含量及分布位置有严格要求，传统聚合方法合成的线型聚合物已不能满足进一步提高性能的需要。超支化聚合物和星形聚合物是满足要求的理想选择。本项目拟采用占单体摩尔量200 ppm以下低铜盐催化剂用量的电子转移再生催化剂原子转移自由基聚合（ARGET-ATRP），合成丙烯酸酯类超支化聚合物和星形支化聚合物，通过以含官能团单体为共聚单体以及基于点击化学反应的端基修饰，实现羟基和环氧基团在聚合物分子链不同位置的引入以及碳－卤端基的转化，研究支化聚合物的性能－结构关系。进行支化聚合物用于丙烯酸酯聚氨酯双组分高固体份涂料和阳离子光固化涂料的研究，阐明涂料的各种性能随支化聚合物的分子量及分布、支化程度、官能团含量及分布位置、碳-溴端基含量、催化剂铜盐残留量的变化规律，为支化聚丙烯酸酯在涂料领域的应用奠定理论和技术基础。

现代环保型高固体份涂料需要制备低粘度，分子量和官能团含量可控的树脂。从高分子化学和物理的理论角度看，星形聚合物和超支化聚合物是满足这一要求的最佳聚合物品种。本项目从涂料用高分子材料工程学的角度对ATRP合成的星形聚合物和超支化聚合物在高固体份涂料用树脂方面的应用可能性，特点和优势进行了对比研究。. 结果表明，ATRP制备的星形聚合物，分子量分布和官能团含量和位置容易控制。采用50~200 ppm级用量的电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合（ARGET-ATRP）合成的星形聚合物催化剂容易脱除，催化剂残留不对聚合物的性能产生明显影响高。星形聚合物在高固体份涂料领域有应用优势，可有效降低VOC排放量，极大的提高漆膜的抗冲强度至100cm以上和降低表干时间至30分钟，促进石墨烯等新型功能纳米填料在树脂中的分散与稳定，制备高附加值功能性涂料。. 由于ATRP-SCVP(原子转移自由基自缩合聚合)合成超支化聚合物由于方法本身的局限性，得到的聚合物分子量分布过宽，在聚合物合成工业可以接受的转化率中等程度时，所得到聚合物的重均分子量已经很大，体系的粘度很大，不能满足高固体份涂料用树脂要求。高分子化学和物理理论上研究得到的ATRP-SCVP超支化聚合物低粘度的特点，都是在体系转化率较低，聚合物的重均分子量较小的情况下得出的，不满足涂料用高分子材料工程学的要求。