聚合物拓扑结构对自分层涂料结构和性能的影响规律研究

Self-stratifying coatings are helpful to solve the problem of tedious coating process, poor bonding strength between layers, to lower the cost and so is of good prospect. Achieving balance of separating effect versus performance of coating system and decreasing of VOC emission are the two challenges for solvent-borne self-stratifying coatings up to now. It is difficult to address the challenges using homopolymer or ramdom copolymer since they exhibit homogeneous phase. Block copolymer exhibit heterogeneous pahse and high flexibility and designability. Star and hyperbranched polymer have the advantage of low viscosity. These polymers with special topology structure have promissing prospect in self-stratifying coating. In this project, fluorinated acrylate based linear and star block copolymers with controlled structure will be synthesized by ATRP (atom transfer radical polymerization) with low dosage of catalyst. Hyperbranched polysiloxanes will be synthesized by controlled hydrolyzing reaction. The dependence of property on structure of prepared polymers will be demonstrated. The effect of topology structure of prepared polymer with low surface tension on the performance and structure of stratifying coatings with epoxy resin as bottom layer will be investigated in detail. The research will pave the way in theoretical and technical aspects for the developing of novel high solids self-stratifying coatings.

自分层涂料可以解决部分涂料需要多层施工，层间附着力差的问题，降低涂装成本。自分层涂料具有分层效果和力学性能难以有效平衡，油性品种可挥发性有机化合物排放过高的问题。通过使用传统分子结构的树脂品种，难以达到要求。目前涂料行业采用的树脂一般为均聚物或无规共聚物，呈现为均相，不利于从高分子链序列结构层次调整与另一组分的相容性。嵌段聚合物具有非均相行为，在调整其与另一聚合物的相容性方面具有更大的可设计性。星形和超支化聚合物具有粘度低的特点。这些特殊拓扑结构的聚合物在自分层涂料领域具有良好的应用潜力。本项目拟采用低催化剂用量的原子转移自由基聚合合成结构可控的含氟丙烯酸酯线形和星形嵌段聚合物，通过硅氧烷化合物控制水解合成超支化聚硅氧烷，建立聚合物性能与结构间的关系。研究低表面能聚合物的拓扑结构对以环氧树脂为底层的自分层涂料结构和性能的影响规律，为新型高固体份自分层涂料的开发奠定理论和技术基础。

本项目通过设计低表面能聚合物的拓扑结构，来解决自分层涂料分层效果和力学性能难以有效平衡，油性品种可挥发性有机化合物排放过高的问题。.（1）通过低催化剂用量的原子转移自由基聚合制备了热塑性和热固性线形和星形含氟嵌段聚合物，实现了聚合物结构的控制。通过溶液共混的方法制备了含氟丙烯酸酯嵌段共聚物/环氧树脂自分层涂料，研究自分层涂料的结构和性能与聚合物分子结构之间的关系，结果表明相同化学组成的星形聚合物相对于线形聚合物更容易向涂料表面迁移。热塑性丙烯酸酯和环氧树脂组成的自分层涂料不能兼顾分层效果和涂层力学性能的平衡。与热塑性聚合物相比，含有环氧基的热固性树脂由于可以与环氧树脂在分层过程中可以产生一定程度的共固化。甲基丙烯酸缩水甘油醚（GMA）含量在10%左右的含氟丙烯酸酯树脂与环氧树脂混合制备的自分层涂料，可以实现分层效果和力学性能的平衡，采用热固性星形聚合物制备得到的自分层涂料具有更好的防腐性能和耐紫外老化性能，达到了自分层涂料同时具有较好的防腐性能和耐候性能的目标。.（2）采用甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、环氧基三甲氧基硅烷进行共水解缩合，制备了重均分子量在10,000左右，表面能可调的超支化聚硅氧烷。同时选择市售的相同化学组成的线形聚硅氧烷为对比样，将所得聚硅氧烷与环氧树脂进行溶液共混，制备了线形和超支化聚硅氧烷/环氧树脂自分层涂料。结果表明，相同化学组成的超支化聚硅氧烷比线形聚硅氧烷更容易与环氧树脂发生分层行为，明显的分层界面会导致涂料的力学性能欠佳。选择苯基三甲氧基硅烷和环氧基三甲氧基硅烷摩尔比为8:2制备得到的表面能为 38 mJ/m2的超支化聚硅氧烷可以和环氧树脂混合制备得到具有良好分层效果和综合力学性能的自分层涂料。涂料同时具有较好的防腐和耐候性能，生产工艺简单易行，具有良好的工业化前景。.（3）项目的实施完成了预定的研究目标，为用于室外防腐的新型高固体分自分层涂料的开发奠定了理论和技术基础。