CN108329481A - 一种环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法,包括以下步骤:先用丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯及苯乙烯等利用溶液聚合的方法制备聚丙烯酸酯,再将环氧植物油与聚丙烯酸酯进行加成酯化反应,获得环氧植物油改性聚丙烯酸酯。还提供上述环氧植物油改性聚丙烯酸酯的应用,通过以下步骤实现:将环氧植物油改性聚丙烯酸酯均匀涂布于基材上,高温固化后即得热固性聚丙烯酸酯涂层。本发明的环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法绿色环保、成本低廉,且环氧植物油改性聚丙烯酸酯涂层具有优异的性能,硬度、强度及附着力等都得到了明显改善,且利用生物可再生资源,拓宽了环氧植物油的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于热固性树脂涂层制备技术领域,更具体涉及一种环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法和应用。
背景技术
随着人们环保意识的提高和石油资源的枯竭,可再生的生物质资源代替石油化工原料就显得尤为重要。植物油因其价格低廉、来源广泛、环保和资源可再生性等特点日益受到人们的广泛关注。植物油脂中的双键与环氧化剂(如过氧乙酸)在催化剂作用下,发生环氧化反应,得到环氧植物油,环氧植物油由于具有良好的耐热性、耐光性、互渗性、低温柔韧性、低挥发性和无毒性,可用作食品和药物塑料包装材料的优良增塑剂和稳定剂、润滑油基础油等。环氧植物油中的环氧基可以与羧基、氨基或异氰酸酯基反应,制备各种涂料、粘合剂及油墨用树脂;还可以经进一步改性合成多羟基化合物,用于制备弹性体、水性聚合物等,是工业应用中非常具有前景的廉价可再生资源。
聚丙烯酸酯(PA)是由(甲基)丙烯酸酯类单体以及其他乙烯基类单体通过光固化或乳液聚合而成的高分子树脂。聚合方式为自由基聚合,即依靠光引发剂、热分解引发剂或氧化还原引发剂等引发乙烯基聚合。聚丙烯酸酯具有许多优异的性能,如紫外光照射下不易分解变黄,保色性、耐候性、耐老化性能好,耐酸碱腐蚀,原料种类较多并且软硬度可调等。因此,聚丙烯酸酯在日化、汽车、建筑、纺织和医药等行业有着广泛的应用。且丙烯酸酯类单体多数价廉易得,有利于降低生产成本。聚丙烯酸酯有粘合性,可用作压敏性胶粘剂和热敏性胶粘剂。由于它的耐老化性能好,粘结污染小,使用方便,其产量增加较快。在纺织工业方面,聚丙烯酸酯可用于浆纱、印花和后整理,用它整理过的纺织品,挺括美观,手感好;它还可用作无纺布和植绒、植毛产品的粘合剂。聚丙烯酸酯可用于鞣制皮革,可增加皮革的光泽、防水性和弹性。
用环氧植物油来改性聚丙烯酸酯,具有广泛的应用前景,但是关于环氧植物油改性聚丙烯酸酯及其制备方法,目前少有报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出一种绿色环保、成本低廉的环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法和应用。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的:
一方面,提供一种环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法,包括以下步骤:先用丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯及苯乙烯等利用溶液聚合的方法制备聚丙烯酸酯,再将环氧植物油与聚丙烯酸酯进行加成酯化反应,获得环氧植物油改性聚丙烯酸酯。
上述环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法具体包括以下步骤:
(1)先将溶剂加热至60~70℃,以丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯及苯乙烯作为聚合单体,将所述聚合单体和第一份引发剂混合均匀,在1~2h内将所述聚合单体和第一份引发剂的混合物滴加到所述溶剂中,温度升至70~80℃,反应2~4h,再补加第二份引发剂,反应3~7h,冷却后出料,得到聚丙烯酸酯;
(2)将所述聚丙烯酸酯与环氧植物油混合,加入催化剂,加热至110~120℃,2~3h后停止反应,得到环氧植物油改性聚丙烯酸酯。
优选地,在步骤(1)中,按摩尔分数计,聚合单体中,丙烯酸为30~40%,甲基丙烯酸甲酯为20~30%,苯乙烯为30~40%。
优选地,在步骤(1)中,溶剂选自丁酮、1,4-二氧六环、甲苯、四氢呋喃和乙酸乙酯中的任一种或多种;溶剂的量为聚合单体与溶剂总质量的30~40%。
优选地,在步骤(1)中,引发剂为过氧化苯甲酰(BPO)或偶氮二异丁腈(AIBN),第一份引发剂的量为聚合单体总质量的1.6%,第二份引发剂的量为聚合单体总质量的0.4%。
优选地,在步骤(2)中,聚丙烯酸酯与环氧植物油按 的摩尔比进行混合。
优选地,在步骤(2)中,环氧植物油选自环氧大豆油、环氧玉米油、环氧菜籽油、环氧橄榄油、环氧棕榈油、环氧棉籽油、环氧花生油、环氧葵花籽油和环氧蓖麻油中的任一种或多种。
优选地,在步骤(2)中,催化剂选自N,N-二甲基苄胺、四丁基溴化铵、甲基三辛基氯化铵、三苯基膦和三苯基锑中的任一种或多种,催化剂的量为环氧植物油与聚丙烯酸酯总质量的0.1~2.0%。
另一方面,还提供由上述方法制备的环氧植物油改性聚丙烯酸酯。
又一方面,还提供上述环氧植物油改性聚丙烯酸酯在制备环氧植物油改性聚丙烯酸酯涂层中的应用,所述应用通过以下步骤实现:将环氧植物油改性聚丙烯酸酯均匀涂布在基材上,于高温下固化,获得具有交联网状结构的环氧植物油改性聚丙烯酸酯涂层。
优选地,固化的温度为150~200℃;固化的时间为5~20min。
本发明相比现有技术具有以下优点:本发明以环氧植物油作为原料来改性聚丙烯酸酯,环氧植物油为可再生资源、价格低廉、来源广泛,因此,环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法绿色环保、成本低廉,有利于环境保护和经济的可持续发展,也拓宽了环氧植物油的应用范围,并且用环氧植物油改性聚丙烯酸酯制备的涂层在强度、硬度、附着力等方面都得到了明显改善。
附图说明
图1是实施例1制备的环氧大豆油改性聚丙烯酸酯的红外光谱图;
图2是实施例1制备的环氧大豆油改性聚丙烯酸酯涂层的红外光谱图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
在反应器中加入38.79g丁酮,并将其加热至65℃,称取丙烯酸28.82g、甲基丙烯酸甲酯20.02g、苯乙烯41.66g和AIBN 1.45g混合均匀后,在2h内将其滴加到丁酮中,温度升至80℃,反应2h,再补加0.36g AIBN,反应4h,冷却后出料,得到聚丙烯酸酯。
称取环氧大豆油30g于反应器中,加入上述聚丙烯酸酯41.21g,并加入0.08g四丁基溴化铵,加热至120℃反应,3h后停止反应,得到环氧大豆油改性聚丙烯酸酯。
将环氧大豆油改性的聚丙烯酸酯均匀涂布在基材上,于150℃高温固化10min,获得具有交联网状结构的环氧大豆油改性聚丙烯酸酯涂层。
经实验测试,所得环氧大豆油改性的聚丙烯酸酯涂层具有优异的性能,其铅笔硬度达到2H,拉伸强度为11.5MPa,且对金属和木材都具有良好的附着力,耐磨性好。另外,对上述环氧大豆油改性聚丙烯酸酯和环氧大豆油改性聚丙烯酸酯涂层进行红外光谱测试,结果如图1和图2所示。由图1可以看出1636cm-1和810cm-1为双键的特征吸收峰,3366cm-1为羟基的吸收峰,说明羧基与环氧发生了开环反应。图2中,双键的特征吸收峰消失,说明环氧大豆油改性聚丙烯酸酯固化完全。
实施例2
在反应器中加入48.50g乙酸乙酯,并将其加热至70℃,称取丙烯酸36.03g、甲基丙烯酸甲酯25.03g、苯乙烯52.07g和BPO 1.81g混合均匀后,在2h内将其滴加到乙酸乙酯中,温度升至80℃,反应2h,再补加0.45g BPO,反应6h,冷却后出料,得到聚丙烯酸酯。
称取环氧棕榈油50g于反应器中,加入上述聚丙烯酸酯35.55g,并加入0.09g四丁基溴化铵,加热至120℃,3h后停止反应,得到环氧棕榈油改性聚丙烯酸酯。
将环氧棕榈油改性聚丙烯酸酯均匀涂布在基材上,于180℃高温固化10min,获得具有交联网状结构的环氧棕榈油改性聚丙烯酸酯涂层。
经实验测试,所得环氧棕榈油改性聚丙烯酸酯涂层具有优异的性能,其铅笔硬度达到2H,拉伸强度为9.5MPa,且对金属和木材都具有良好的附着力,耐磨性好。
实施例3
在反应器中加入38.79g四氢呋喃,并将其加热至70℃,称取丙烯酸28.82g、甲基丙烯酸甲酯20.02g、苯乙烯41.66g和BPO 1.45g混合均匀后,在2h内滴将其加到四氢呋喃中,温度升至80℃,反应2h,再补加0.36g BPO,反应5h,冷却后出料,得到聚丙烯酸酯。
称取环氧花生油40g于反应器中,加入上述聚丙烯酸酯43.64g,并加入0.16g N,N-二甲基苄胺,加热至120℃,3h后停止反应,得到环氧花生油改性聚丙烯酸酯。
将环氧花生油改性聚丙烯酸酯均匀涂布在基材上,于200℃高温固化10min,获得具有交联网状结构的环氧花生油改性聚丙烯酸酯涂层。
经实验测试,所得环氧花生油改性聚丙烯酸酯涂层具有优异的性能,其铅笔硬度达到3H,拉伸强度为13.5MPa,且对金属和木材都具有良好的附着力,耐磨性好。
实施例4
在反应器中加入38.62g 1,4-二氧六环,并将其加热至60℃,称取丙烯酸28.82g、甲基丙烯酸甲酯30.04g、苯乙烯31.25g和AIBN 1.44g混合均匀后,在1.5h内将其滴加到1,4-二氧六环中,温度升至70℃,反应3h,再补加0.36g AIBN,反应4h,冷却后出料,得到聚丙烯酸酯。
称取环氧蓖麻油20g于反应器中,加入上述聚丙烯酸酯27.96g,并加入0.05g三苯基膦,加热至115℃,3h后停止反应,得到环氧蓖麻油改性聚丙烯酸酯。
将环氧蓖麻油改性聚丙烯酸酯均匀涂布在基材上,于150℃高温固化10min,获得具有交联网状结构的环氧蓖麻油改性聚丙烯酸酯涂层。
经实验测试,所得环氧蓖麻油改性聚丙烯酸酯涂层具有优异的性能,其铅笔硬度达到3H,拉伸强度为14.5MPa,且对金属和木材都具有良好的附着力,耐磨性好。
实施例5
在反应器中加入39.30g乙酸乙酯,并将其加热至60℃,称取丙烯酸25.22g、甲基丙烯酸甲酯30.04g、苯乙烯36.45g和AIBN 1.47g混合均匀后,在1.5h内将其滴加到乙酸乙酯中,温度升至75℃,反应2h,再补加0.37g AIBN,反应5h,冷却后出料,得到聚丙烯酸酯。
称取环氧菜籽油60g于反应器中,加入上述聚丙烯酸酯49.16g,并加入0.11g N,N-二甲基苄胺,加热至120℃,3h后停止反应,得到环氧菜籽油改性聚丙烯酸酯。
将环氧菜籽油改性聚丙烯酸酯均匀涂布在基材上,于200℃高温固化10min,获得具有交联网状结构的环氧菜籽油改性聚丙烯酸酯涂层。
经实验测试,所得环氧菜籽油改性聚丙烯酸酯涂层具有优异的性能,其铅笔硬度达到1H,拉伸强度为8.0MPa,且对金属和木材都具有良好的附着力,耐磨性好。
实施例6
在反应器中加入40.00g丁酮,并将其加热至70℃,称取丙烯酸21.62g、甲基丙烯酸甲酯30.04g、苯乙烯41.66g和BPO 1.49g混合均匀后,在1.5h内将其滴加到丁酮中,温度升至80℃,反应2h,再补加0.37g BPO,反应5h,冷却后出料,得到聚丙烯酸酯。
称取环氧玉米油50g于反应器中,加入上述聚丙烯酸酯84.71g,并加入0.14g三苯基锑,加热至120℃,3h后停止反应,得到环氧玉米油改性聚丙烯酸酯。
将环氧玉米油改性聚丙烯酸酯均匀涂布在基材上,于180℃高温固化10min,获得具有交联网状结构的环氧玉米油改性聚丙烯酸酯涂层。
经实验测试,所得环氧玉米油改性聚丙烯酸酯涂层具有优异的性能,其铅笔硬度达到2H,拉伸强度为11.0MPa,且对金属和木材都具有良好的附着力,耐磨性好。
实施例7
在反应器中加入39.39g丁酮,并将其加热至70℃,称取丙烯酸25.22g、甲基丙烯酸甲酯25.04g、苯乙烯41.66g和BPO 1.47g混合均匀后,在2h内将其滴加到丁酮中,温度升至80℃,反应2h,再补加0.37g BPO,反应7h,冷却后出料,得到聚丙烯酸酯。
称取环氧大豆油50g于反应器中,加入上述聚丙烯酸酯79.72g,并加入0.14g N,N-二甲基苄胺,加热至120℃,3h后停止反应,得到环氧大豆油改性聚丙烯酸酯。
将环氧大豆油改性聚丙烯酸酯均匀涂布在基材上,于200℃高温固化10min,获得具有交联网状结构的环氧大豆油改性聚丙烯酸酯涂层。
经实验测试,所得环氧大豆油改性聚丙烯酸酯涂层具有优异的性能,其铅笔硬度达到1H,拉伸强度为7.6MPa,且对金属和木材都具有良好的附着力,耐磨性好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将溶剂加热至60~70℃,以丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯及苯乙烯作为聚合单体,将所述聚合单体和第一份引发剂混合均匀,在1~2h内将所述聚合单体和第一份引发剂的混合物滴加到所述溶剂中,温度升至70~80℃,反应2~4h,再补加第二份引发剂,反应3~7h,冷却后出料,得到聚丙烯酸酯;
(2)将所述聚丙烯酸酯与环氧植物油混合,加入催化剂,加热至110~120℃,2~3h后停止反应,得到环氧植物油改性聚丙烯酸酯树脂。
2.根据权利要求1所述的环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中,按摩尔分数计,所述聚合单体中,丙烯酸为30~40%,甲基丙烯酸甲酯为20~30%,苯乙烯为30~40%。
3.根据权利要求1所述的环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述溶剂选自丁酮、1,4-二氧六环、甲苯、四氢呋喃和乙酸乙酯中的任一种或多种;溶剂的量为聚合单体与溶剂总质量的30~40%。
4.根据权利要求1所述的环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法,其特征在于,在步骤(1)中,所述引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈,第一份引发剂的量为聚合单体总质量的1.6%,第二份引发剂的量为聚合单体总质量的0.4%。
5.根据权利要求1所述的环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中,聚丙烯酸酯与环氧植物油按COOH:1~1.1的摩尔比进行混合。
6.根据权利要求1所述的环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述环氧植物油选自环氧大豆油、环氧玉米油、环氧菜籽油、环氧橄榄油、环氧棕榈油、环氧棉籽油、环氧花生油、环氧葵花籽油和环氧蓖麻油中的任一种或多种。
7.根据权利要求1所述的环氧植物油改性聚丙烯酸酯的制备方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述催化剂选自N,N-二甲基苄胺、四丁基溴化铵、甲基三辛基氯化铵、三苯基膦和三苯基锑中的任一种或多种,催化剂的量为环氧植物油与聚丙烯酸酯总质量的0.1~2.0%。
8.权利要求1至7中任一项所述的制备方法制备的环氧植物油改性聚丙烯酸酯。
9.权利要求8所述的环氧植物油改性聚丙烯酸酯在制备环氧植物油改性聚丙烯酸酯涂层中的应用,其特征在于,所述应用通过以下步骤实现:将环氧植物油改性聚丙烯酸酯均匀涂布在基材上,于高温下固化,获得具有交联网状结构的环氧植物油改性聚丙烯酸酯涂层。
10.根据权利要求9所述的环氧植物油改性聚丙烯酸酯的应用,其特征在于,固化的温度为150~200℃;固化的时间为5~20min。
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