这些性能可以通过在涂料配方中使用丙烯酸来控制。由于可用单体的范围广泛，它们可以为所应用的薄膜提供一系列的性能将两种不同的具有不同物理和/或化学性质的丙烯酸类单体以不同比例掺入同一聚合物分子中，可形成具有重大科学和商业意义的新型丙烯酸共聚物为了获得最佳性能，高性能涂料需要交联，因为交联提高了膜的韧性，提供了耐溶剂性和减少污垢的拾取这就是为什么交联或热固性丙烯酸(TSAs)越来越多地用于各种表面涂层应用，因为它们被设计成在应用后发生化学反应
一般来说，tsa是加热型系统，在特定温度下加热后获得最终薄膜。当TSA树脂加热时，来自功能丙烯酸单体单元的反应基团参与交联反应，将低分子量聚合物转化为高分子成膜材料。根据交联机制，TSAs可细分为两大类。
(1)单包TSA系统:在这些系统中，不需要使用外部交联剂，因为在高于阈值温度的微量催化剂存在下，两种类型的垂坠侧基在分子交联中与其自身存在(例如，含有甘油酸基和羟甲基的TSA树脂)。
(2)两组TSA系统:对于这些系统，需要使用外部交联剂，因为聚合物本身不能通过垂坠化学基团进行化学反应。因此，需要添加一个外部代理-交联剂。交联器必须至少是双功能的表1显示了五个目前被商业利用的TSA系统
在工业上，tsa的配方有几种方式，可以方便地分为两类:溶剂型tsa(有机溶剂用于粘合剂溶解)和水性tsa(水用于粘合剂溶解)。溶剂型tsa在工业涂料领域尤为突出，在该领域性能至关重要8 .用于表面涂层应用的水性TSA系统正在迅速发展和蓬勃发展，这可能归因于对所有四个E(排放、环境、生态和能源)的规定都可能恢复
本研究以2-甲基丙烯酸羟乙基酯(HEMA)和丙烯酸(AA)为不同摩尔比的单体，丁醇为溶剂，在过氧化苯甲酰(引发剂)的存在下，在60℃条件下制备了一系列TSA树脂。经氨溶液中和后，制备的TSA树脂可溶于水。涂膜在90℃下烘烤30分钟，评估固化膜的各种光学、机械和耐化学性能。采用差示扫描量热(DSC)和热重分析(TGA)分别研究了可水稀释型TSA树脂的热固化和热降解行为。
实验
材料•丙烯酸:试剂纯度级(E-Merck)减压蒸馏。
•2-甲基丙烯酸羟乙酯:试剂纯度级(E-Merck)减压蒸馏。
•过氧化苯甲酰:使用试剂纯度级(E-Merck)。
•丁醇:试剂纯度级(E-Merck)减压蒸馏。
•氨溶液(水中浓度15%):使用收到的试剂纯度级(s.d.c fine)。
合成
采用(a) 1:0 3 (b) 1:0.5 (c) 1:0.7和(d) 1:1的单体摩尔比分别作为2-甲基丙烯酸羟乙酯与丙烯酸进行共聚物合成。单体与溶剂的比例保持40:60 (w/w)。过氧化苯甲酰引发剂浓度为单体总质量的6.6% (w/w)。反应装置为三颈圆底烧瓶(容量500ml)，配有机械搅拌器、温度计袋和水冷式冷凝器，用作树脂制备反应器。将烧瓶放置在恒温控制的水浴中，保持在60°C。聚合完成1.5 h后，将溶液冷却，终止聚合反应，用氨水(15%，w/w)中和至pH为8.5 - 9.0，使其可溶于水。用分离漏斗对制备的水溶性树脂材料进行分离。按照这一步骤，并使用不同的HEMA与AA的摩尔比，还可以制备其他几种水溶性TSA树脂。所制备的树脂名称及其配方细节见表2。
描述
在Perkin-Elmer 1750 FT-IR光谱仪上用NaCl模记录了合成共聚物(中和前)的红外光谱。1H NMR谱由FT NMR系统(Lambda JEOL JNM-LA400)生成，化学位移报告为(ppm)相对于四甲基硅烷。DSC分析采用通用V4.2E TA Instruments Q20差示扫描量热仪。温度范围保持在20-200℃，速率为20℃/min。在氩气气氛中以40 ml/min的速率对10 mg样品进行分析。采用V4.2E TA Instruments Q50型万能热重分析仪对13.4470 mg样品在氮气干流30ml /min条件下进行动态扫描(0 ~ 600℃，速度20℃/min)，测定TSA树脂的热稳定性。用阿贝折光计测定树脂水溶液在25℃下的折射率。树脂水溶液的粘度由Brookfield锥板2000 +粘度计测定，温度为25°C (w.r.t.主轴- 3)。水溶液的固体含量按照ASTM D 1259进行检查。表征的结果以及TSA树脂的名称如表2所示。
涂层制备
制备的水稀释tsa用于在玻璃板(5 cm × 10 cm)和镀锡软钢板(5 cm × 15 cm)上涂透明薄膜。涂膜的干膜厚度(DFT)保持在30 μ m左右(使用棒式涂膜器)。用Positector 600 (Sheen，英国)测量涂层薄膜的DFT。为了使薄膜固化，胶片在空气循环烘箱中以所需的温度烘烤。然后按照标准程序对固化膜的各种光学、机械和耐化学性能进行评价。
结果/讨论
化学结构红外光谱
中和前获得的每种TSA树脂的FTIR光谱几乎相同。图1为TSA4树脂的红外光谱，从各个方面证实了TSA树脂的分子结构。2935 cm-1范围内的锐带可能是甲基和亚甲基的C-H拉伸振动所致。1460 cm-1处的吸收被分配给不对称的-CH3或-CH2弯曲振动。在1717 cm-1处有一个尖锐的带是C=O拉伸频率造成的。3342 cm-1范围内的尖锐宽频带是由O-H拉伸引起的。在1069 cm-1处的分裂峰可能是由于醇基和酯基的C-O拉伸。在3000-3040 cm-1和1600-1700 cm-1处没有峰，表明聚合物的最终分子结构中不存在乙烯基氢。
质子核磁共振谱与预期一致，共振在3.5 ppm [t, 4H, O-(CH2-CH2)-OH]，单线峰在4.8 ppm (s,H, OH)， 1.4 ppm(图2)和0.6 - 0.8 ppm(图2)。样品TSA4的1H NMR谱(图2)与其理论解释的结构非常吻合。
热行为
差示扫描量热法(DSC)DSC测定了固化特性。热固性丙烯酸树脂DSC热电偶如图3所示。从图中可以清楚地看出，在146 ~ 150℃之间有一个尖峰温度，这可能是制备的TSA树脂的固化温度。所需总热量为315 J/g。
有机聚合物的热分解行为通常由热重分析法来确定。热重曲线(图4)揭示了物质的失重与热降解温度的关系。图4显示了合成的TSA4树脂具有良好的热稳定性。共聚物的热重分析在两个阶段表现出较大的失重。第一阶段的范围从20到170°C，这表明体重下降了约65.51%。这可能对应于从固体含量为32.3%的化合物中蒸发的水分子。失重的第二阶段从170°C开始，持续到380°C，在此期间，由于自由单体和束缚水的蒸发，重量损失了10.51%。该化合物的分解温度为465.95℃。
薄膜性能评价
根据标准测试方法，即60°光泽度(ASTM D 523-99)，测试固化膜的光学、机械和耐化学性;划痕硬度(ASTM D 5178);铅笔硬度(ASTM D 3363-00);弹性(ASTM D 4541);冲击试验(ASTM D 2744);耐化学性(ASTM D 1308-87);耐溶剂性(ASTM D 5402)。机械性能
(a)划痕硬度
划痕硬度用自动划痕硬度计(英国Sheen)测定，划痕硬度计采用直径为1mm的硬化钢半球形点作为划痕针。结果如表3所示。
从数据中可以清楚地看出，具有较高丙烯酸含量的薄膜具有较高的划痕硬度，因为已知丙烯酸可以赋予薄膜硬度。结果表明，薄膜划痕硬度由TSA1提高到TSA4。
(b)铅笔硬度
用铅笔将固化的薄膜条拉出，直到达到铅笔硬度等级才能划伤表面。然后，涂膜被赋予硬度值，如H, 2H, 3H等，表示使用铅笔硬度计(Sheen, UK)的硬度等级。铅笔硬度测试结果也见表3。TSA3和TSA4涂层由于丙烯酸含量较高而表现出较高的铅笔硬度。
(c)交叉附着
使用横切粘连测试仪(Sheen, UK)测量粘连。测试仪由一个由9个平行叶片组成的模具组成，叶片间隔1/16英寸，长1毫米。模具按两个方向相互成直角压在面板上。然后将一条自动胶带粘在图案上，保持接触10秒，然后以大约120度的角度将胶带快速拉回。如果95%的方格没有被移除，则该属性被评为良好。结果记录为未移除的方格百分比。所有涂层均具有良好的交叉附着力(表3)。
(d)的灵活性
柔韧性是在1 / 4英寸的芯轴弯曲测试仪(Sheen, UK)上进行的。所有涂层成分都通过了¼英寸芯轴弯曲测试。因此，可以说薄膜具有相当好的柔韧性;结果如表3所示。
(e)的影响
抗冲击性使用管状冲击测试仪(Sheen, UK)测定。报告的值以厘米为单位，薄膜通过冲击测试使用的重量为2磅(约。0.91公斤)。冲击试验结果见表3。
从数据中可以清楚地看出，具有较高HEMA含量的薄膜具有较高的抗冲击性，因为众所周知，HEMA可以赋予涂层薄膜灵活性。这可能是TSA1到TSA4抗冲击性逐渐下降的原因。
(f)光泽
使用一个Triglossometer (Sheen, UK)在60º角测量薄膜;涂层的光泽度均较好(表3)。
对固化后的漆膜进行耐化学性能测试，数据见表4。
(一)酸
涂膜在1.0 N的硫酸中浸泡7天。由于TSA1和TSA2的碱性，酸溶液对其薄膜的影响很大(光泽下降，轻微软化)。TSA3薄膜，由于其轻微的碱性，只有轻微的光泽损失。这种现象可以归因于交联后涂层中存在一些未反应的羟基。由于存在足够程度的交联，TSA4薄膜不受酸溶液的影响(表4)。
(b)碱
漆膜在1.0 N氢氧化钠中浸泡1周。由于涂层的碱性，所有涂层都不受碱溶液的影响(表4)。
(c)水
TSA1、TSA2和TSA3在蒸馏水中浸泡2周后，由于存在游离羟基，涂层极性适中，受到轻微影响。由于交联程度较高，TSA4薄膜不受影响(表4)。
(d)溶剂
所有薄膜在二甲苯和矿物松节油等非极性溶剂中均表现出良好的耐溶剂性。但是，当暴露在低极性MEK中时，TSA1、TSA2和TSA3的光泽度略有下降。这种薄膜行为可能是由于即使交联后，一些未反应的oh官能团的存在导致涂膜具有中等极性。在乙醇中浸泡时，由于中极性乙醇对中极性薄膜的侵蚀，几乎所有TSAs薄膜的光泽度都有轻微的损失。在TSA1涂层薄膜中，由于交联程度较低，导致薄膜具有高极性，因此可以观察到光泽损失和轻微软化(表4)。
结论
在不同用量的2-甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)和丙烯酸(AA)的存在下，成功制备了四种TSA树脂样品。在性能性能比较上，TSA4优于TSA1、TSA2和TSA3，但抗冲击性较低。在所有涂层成分中，TSA4薄膜表现出良好的光学、机械和耐化学性。TSA4的这种行为可能是由于存在更高程度的交联。由此可见，采用AA和HEMA以(1:1)摩尔比制备的共聚物/树脂为基础，可作为汽车和其他工业应用的保护涂料，作为环保型涂料，VOCs和有害空气污染物没有/可以忽略不计的演化。
欲了解更多信息，请联系pramod.hbti@yahoo.co.in。
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