稳定的单组分自交联环氧-丙烯酸酯复合乳液：结构设计、可控制备与机理研究

Against at the low content of epoxy resin, contradiction between their stability and self-crosslinking controllability of epoxy-acrylate composite emulsion, the modified epoxy containing terminal double bond and retaining partial epoxy group was gained using active hydrogen acrylic monomers to react with epoxy resin, and regulating the reaction ratio of active hydrogen and epoxy group. Then stable waterborne epoxy-acrylate composite emulsion which contains modified epoxy resin acrylate polymer(core)-inert polyacrylate(middle)-carboxyl (amino) acrylate polymer(shell) structure was controlled prepared using emulsion polymerization via diffusion design idea. The composition of each layer of the latex particle was designed scientifically through studying the relationship between the reactivity and stability of epoxy group and protonic acid (base) in the emulsion polymerization environment. By studying the influence of the middle layer composition and thickness of the latex particle on the emulsion stability and self-crosslinking controllability, a suitable composition and thickness of the middle layer was determined. The stability and self-crosslinking controllability of composite emulsion of hydrophobic epoxy resin were revealed from functional groups and particle structure. The successful implementation of this project has universal guiding significance for hydrophobic resin hydrophiling, at the same time it can be a promising platform for the preparation of one component self-crosslinking composite latex with good stability and corrosion resistance, which has a strong scientific significance and important application value.

针对环氧-丙烯酸酯复合乳液中环氧树脂含量低、贮存期短和不能够单组份自交联问题，本项目拟采用含活泼氢的丙烯酸单体对环氧树脂改性，并调控活泼氢与环氧基的反应比例，使得改性后环氧树脂链段上既带有端双键又保留部分环氧基。再运用结构设计思想，可控制备含改性环氧树脂丙烯酸酯聚合物（内核）-“惰性”聚丙烯酸酯（中间层）-含羧基（氨基）丙烯酸酯聚合物（外壳）结构的稳定环氧-丙烯酸酯复合乳液。研究乳液聚合环境中，环氧基与质子酸（碱）的反应性和稳定性间的关联，科学设计乳胶粒各层组成。研究中间“惰性”层组成、厚度对乳液稳定性和自交联性影响规律，确定适宜中间层组成和厚度。从官能团结构和粒子结构两方面揭示疏水环氧树脂水性化复合乳液稳定及自交联可控的机理。本项目的成功实施对于疏水树脂水性化具有普遍性的指导意义，同时为制备稳定和耐腐蚀性好的单组分自交联复合乳液奠定理论和技术基础，具有很强的科学意义和重大的应用价值。

环氧树脂涂料是一种应用极为广泛的涂料，但是由单一环氧树脂制备的水性涂料在性能上无法与溶剂型涂料抗衡,导致其在防腐领域的实际应用不高。丙烯酸酯乳液具有较好的抗污性、韧性、耐候性等,环氧树脂-丙烯酸酯复合乳液结合了环氧树脂和丙烯酸酯的优点。然而，由于环氧树脂的疏水性，在乳液聚合的条件下，很难制备高环氧树脂含量稳定的环氧-丙烯酸酯复合乳液。另一方面，由于环氧基的反应性，水性环氧树脂存在稳定性和耐腐蚀性难以兼顾的难题。.基于上述考虑，本项目采用含活泼氢的丙烯酸对环氧树脂改性，通过控制环氧树脂和丙烯酸的摩尔比、反应时间实现了环氧树脂的改性程度可控，按需引入双键和保留部分环氧基。再运用结构设计思想，采用多步乳液聚合法制备含改性环氧树脂丙烯酸酯聚合物（内核）-“惰性”聚丙烯酸酯（中间层）-含羧基（氨基）丙烯酸酯聚合物（外壳）三层结构的稳定环氧-丙烯酸酯复合乳液。通过温度随机多频调制-差示扫描量热法(TOPEM-DSC）法对三层结构的水性环氧-丙烯酸酯复合乳液涂膜中间层厚度测定。考察了中间“惰性”层组成、厚度、核层改性环氧树脂用量、壳层功能单体及其用量等对乳液稳定性和自交联性影响，科学设计了乳胶粒各层组成及含量。通过将适宜厚度的“惰性”聚丙烯酸酯层设置在含环氧基的丙烯酸酯聚合物层和含羧基基团的丙烯酸酯聚合物中间，保证乳液聚合稳定性和贮存稳定性，成膜过程中随着水分的蒸发，乳胶粒间接触坍塌，聚合物链节扩散，分布在不同层中的环氧基与羧基相遇发生反应完成自交联，提高了复合乳液涂膜的耐腐蚀性。.本项目提出通过对环氧树脂的改性，提高了乳液环境下环氧树脂与丙烯酸酯类单体的反应活性，为疏水树脂水性化提供普遍指导，并采用结构设计思想，开发一种通过乳胶粒结构设计而能进行的单组分自交联技术，为可控制备稳定和耐腐蚀性好的单组分自交联复合乳液提供了一种新思路，具有很强的科学意义和重大的应用价值。