RAFT聚合制备水性防涂鸦丙烯酸酯乳液及研究文献综述

 2022-06-09 22:50:26

文献综述

1.RAFT聚合概述

可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合是一种高效的、通用的可逆失活自由基聚合方法，它广泛用于合成各种聚合物[1]。

RAFT聚合方法是一种最简单的，也是反应条件最温和的聚合方法，它是合成嵌段共聚物的方法之一， 它的全称是“可逆加成-断裂链转移聚合”，在一九九八年，RAFT聚合方法被首次提出来，它与其他聚合方法比，例如活性自由基聚合方法，RAFT聚合方法具有很多的优点，比如：①RAFT聚合适合单体的范围较广；②RAFT聚合反应温度需要的比较低；③聚合物分子分布较窄，并且最终产物不需要再进一步的提纯[2]。

1.1RAFT聚合机理

RAFT聚合机理基本上可以分为五个步骤：第一步，引发剂分解产生自由基，生成的自由基引发单体聚合形成增长链自由基；第二步，增长链自由基与RAFT链转移剂之间的快速可逆链转移反应；第三步，离去的R基作为自由基再次引发单体形成增长链自由基的再引发过程；第四步，链增长过程中的动态平衡；第五步，终止反应(速率很小)。

RAFT聚合条件与传统自由基聚合有着很多相似之处，RAFT聚合具有快速链转移，快速链引发的特点，还有增长慢、终止少的特点。RAFT试剂，也叫做调控试剂，用于加入配方中。由于加入了RAFT试剂，在聚合发生链的转移时，引发剂的初级自由基可以多次链转移，不断向RAFT试剂进行链转移，并且每次链转移，同时会生成一个自由基，并且每个自由基都含有R基团，因此，发生链的引发时速度会很快。这就是RAFT聚合快速链转移，快速链引发的特点。然而，与阴离子聚合不同的是，活性自由基聚合存在链终止，为了抑制链终止，通常首先会通过降低引发剂浓度的方法，同时也降低体系中稳态活性链的浓度，降低了浓度，从而也就降低了体系发生链终止的概率。这就体现了RAFT聚合，它的慢增长、少终止的特点[3]。

传统水性丙烯酸酯类乳液聚合及其应用存在着很多的问题，如乳液失稳，反应速率较慢，共聚物组成分布均一性较难控制等。研究发现，具有活性自由基聚合特征的可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合可能解决传统乳液聚合时存在的一些问题。由于RAFT乳液聚合具有特殊的聚合机理，从而解决了乳液聚合速度慢和自基隔离效应的问题，最终得到的聚合物具有相对分子质量分布、分子结构规整的特点。Shim等通过RAFT乳液聚合方法，得到了稳定性较好的乳液，并且乳液的相对分子质量分布较窄、相对分子质量可控，为解决传统乳液聚合的问题提供了新的方向[4]。

2.水性丙烯酸酯乳液简介

随着环境形势的不断严峻，为了减少VOC的排放，涂料也正在向着绿色环保的方向不断地改善和发展，例如：粉末涂料、水性涂料一类，其中还有高固体分涂料、紫外光固化涂料等等。它在家用家具、汽车修补漆、光纤、电子产品等领域被广泛应用，在于VOC排放低并且高效节能。其次，对于紫外光固化涂料，丙烯酸酯和环氧乙烷改性丙烯酸酯以及聚氨酯改性丙烯酸酯等，这些是丙烯酸酯终端的低聚物，它们基本上都是最常用在紫外光固化涂料中[5]。作为一种合成水性高分子材料，水性丙烯酸酯具有很多优点，比如原料很丰富，成本也相对较低，生产工艺比较简单，对环境无害，尤其是其涂膜，具有很好的耐候性、机械强度、光泽度和渗透性，因而广泛应用于很多行业和领域。

水性丙烯酸酯乳液是一种乳白色并带有着淡蓝色的液体[6]。它是由含乙烯基的丙烯酸酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯类单体通过共同聚合的方法而形成的乳液。它可以通过选取不同的原料、引发剂、乳化剂和生产工艺，最终可合成不同性能或用途的水性丙烯酸酯乳液。

水性丙烯酸酯乳液可以分为以下两大类。一种是非反应型丙烯酸酯乳液，这种乳液是由不含反应基团的水性高分子化合物组成的，在成膜时，主要是依靠粒子之间的物理聚结从而提高涂膜的性能，并且具有普通的物理机械性能、耐化学性能和热稳定性等等。另一种是由含反应基团的水溶性聚丙烯酸酯组成的，在成膜时主要依靠自身的官能团和乳液中的其它基团或者后来引进的交联基团反应，形成具有网状交联结构，最终涂膜具有很强的物理机械性能、耐化学性能和热稳定性等[7]。

3.水性丙烯酸酯改性方法概述

普通的水性丙烯酸酯在耐水性、耐化学腐蚀性、热稳定性等方面还存在一些不足的地方。因此，为了提高水性丙烯酸酯树脂的性能，使其应用范围和领域进一步扩大，可以对其进行改性。

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