关键词 丙烯酸树脂 自由基溶液聚合 引发剂 玻璃化转变温度 引 言 水性油墨是指以水代替有机溶剂配制的一类液体油墨，它具有清洁生产、减少环境污染，安全卫生及节省能源等优点。水性油墨一般是由不溶性颜料、水溶性和分散性树脂、水和少量的醇及助剂组成。
丙烯酸类树脂是指以丙烯酸、丙烯酸酯类单体经聚合、共聚、接枝或共混而得的一类聚合物。水溶性树脂或水分散性树脂皆为水性油墨的连接料 ,它对油墨的粘度、附着力、光泽、干燥及印刷适应性都有很大的影响 。选用水溶性丙烯酸改性树脂作水性油墨的连接料 ,它所具有的光泽度、耐候性耐热性、耐水性、耐化学性和耐污染性等方面均具有显著的优势 ,使其无论在直接分散溶解或合成高分子乳液时均能表现出优良的性能 ,用该树脂制成的油墨可以达到国外先进产品的质量水平.因此，进行该树脂的合成具有较高的实用意义。
本次实验从两个方面进行研究。首先，通过一系列的条件反应探讨丙烯酸酯类单体自由基溶液聚合的最佳反应条件，包括单体和引发剂的选择，反应过程的确定，最佳反应时间和反应温度，出现问题的处理等等。然后，结合玻璃化温度Tɡ的计算公式，参考国外样品，设计、实验制出一种丙烯酸树脂，然后测试其性能。
1. 实验部分 1.1 主要仪器和药品 1.1.1 主要仪器 自由基溶液聚合反应装置（四颈瓶、回流冷凝管、滴液漏斗、温度计、机械搅拌器） NDJ－IA型旋转粘度计 上海安德仪器设备有限公司 PHS－25型酸度计 上海伟业仪器厂 C－90型电热恒温水浴锅 广州越秀医疗器械厂 紫外－可见分光光度计 美国VARLAN公司 Nicolet-740型FT-IR红外仪 1.1.2 主要药品及试剂 甲基丙烯酸甲酯（MMA）C.P. 丙烯酸丁酯（B A）C.P. 丙烯酸（A A）C.P. 异丙醇 C.P. 无水乙醇 C.P. 氨水 C.P. 工业酒精 过氧化二苯甲酰（BPO） 偶氮二异丁腈（AIBN） 1.2 实验方法 1.2.1 实验步骤 称量一定量的溶剂，倒入带有回流冷凝管、恒压滴液漏斗，机械搅拌器和温度计的250mL四颈瓶中（余10mL溶剂），准确称取单体和引发剂，并将单体混合物的大约1/3倒入四颈瓶，然后在剩余的单体混合物中加入单体量的1/2，混合搅拌均匀。
开动水浴加热和机械搅拌，待温度升至溶剂异丙醇的回流温度（约82.5℃），观察到反应体系中出现溶剂稳定回流后，加入1/4的引发剂量，稳定温度在85℃。约过15分钟后，开始从滴液漏斗滴加单体和引发剂的混合物，滴加大约3个小时。滴加完毕，过30分钟，将剩余的溶剂以及引发剂加入反应体系，升温至88℃，保温三个半小时。
保温完毕，降温至60℃，在不停止搅拌的同时开始滴加氨水，并随时测定产物的水溶性。在产物达到完全水溶的时候，继续滴加氨水至体系PH值在8－9，然后保温搅拌30分钟，将产物倒入烘干的容器，编号。
2. 结果与讨论 2.1 反应条件选择及性能测试（见表2－1） 表2－1 不同实验条件下产物的性质 反应温度（℃） 83℃ 85℃ 85℃ 85℃ 88℃ 90℃ 反应时间（h） 6 7 6 7 7 7 溶剂 工业酒精 无水乙醇 异丙醇 异丙醇 异丙醇 异丙醇 转化率（％） 92.8 95.6 93.0 96.5 96.0 96.0 产品固含量（％） 40.1 41.3 39.3 43.7 41.5 41.3 产品外观 透明液体 透明液体 透明液体 透明液体 透明液体 透明液体 PH值 8.95 8.87 8.80 8.34 8.25 8.30 粘度（mpa.s） 327.5 432.5 1225 3150 2575 2825 水溶性 完全水溶 完全水溶 完全水溶 完全水溶 完全水溶 完全水溶 2.2 红外表征 产品的红外光谱分析在测试中心进行，通过红外谱图我们可以判断单体在共聚过程中的反应情况。
图2－1 丙烯酸酯共聚物（MMA/BA/AA）的红外光谱图 从IR谱中可以看到，三种丙烯酸酯共聚物共同出现的特征吸收峰如下在3250cm－1左右，由于AA中羧基和羟基缔合，形成氢键，出现了较强和较宽的伸缩振动吸收峰；
1238，1150 cm－1的组合是共聚物上C－C－O－C即MMA的特征吸收峰；
987和960 cm－1处是共聚物中BA的特征吸收峰，进一步说明了几种单体均参加了聚合反应。
2.3 玻璃化温度（Tɡ）的测定 聚合物的玻璃化温度对涂料、油墨的性能有很大的影响，对热塑性树脂而言，Tg决定了成膜后的硬度，抗回粘性等等。图2－2是丙烯酸酯类单体共聚物的差示扫描热分析（DSC）。
图2－2 共聚物的差示扫描热分析（DSC） 由图可以明显的观察到①所合成的共聚物玻璃化温度为80℃，而根据Tɡ计算公式算出的理论值为75℃，符合设计要求；
②谱图中只有一个玻璃化转变区间，这说明产物中各物质是通过化学键结合，大大改善了各物质之间的相容性。
2.4 结 论 引入活性交联单体丙烯酸后，有利于增强树脂的附着性，同时，通过胺化的树脂有着很好的水溶性；
采用连续补加引发剂的方法，可以使反应更加完全；
选择异丙醇为溶剂，可以制得清澈透明，单体气味较小，粘度适中的树脂；
引发剂为偶氮二异丁腈时，引发效率比较好，引发剂量为0.8％时，可以提高反应速率和转化率；
反应时间在7小时左右，反应比较完全，反应温度控制在85℃左右，生成组成均匀分布的聚合物。
根据玻璃化温度Tɡ的计算公式，我们进行了设计玻璃化温度的实验，得出的产物经过测试符合要求，尤其时玻璃化温度与理论值相近，证明这种实验方法是比较实用的。
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