【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)展水平。目前的年產(chǎn)量在 50萬噸左右，其中內(nèi)墻占 60%，外墻占 25%，其他占 15%。就產(chǎn)品類別來看，在我國大中城市及沿海地 區(qū)，聚乙烯醇類低檔建筑涂料急劇減少，70％為中高檔涂料 ， 而在一些小城市及西部地區(qū) ， 以聚乙烯醇為成膜物的低檔涂料用量仍較大，而一些發(fā)達(dá)國家主要以聚醋酸乙烯和丙烯酸涂料為主 。 隨著我國改革開放的不斷深入 ， 國外涂料業(yè)的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)入中國 ， 今后幾年我國的發(fā)展重點(diǎn)將是各種丙烯酸涂料代替聚乙烯醇涂料用于工業(yè)及民用建筑 。 同時(shí)多功能性涂料也將會(huì)有較大的發(fā)展，如防水、防霉、防蟲等涂料將被人們逐漸了解和接受 。 我國丙烯酸涂料工業(yè)與國外的差距 我國與國外發(fā)達(dá)國家相比，在丙烯酸涂料工業(yè)領(lǐng)域還存在著很大的差距，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：我 國生產(chǎn)丙烯酸涂料的企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)設(shè)備、工藝落后，無法適應(yīng)高科技含量的產(chǎn)品要求 。 在我國，丙烯酸涂料用的許多官能單體及助劑的研究開發(fā)還沒有跟上 ， 其品種還很少 ， 因此制約了丙烯酸涂料工業(yè)的發(fā)展。我國的丙烯酸涂料工業(yè)的涂裝方法及工藝的研究還很落后，因此必須加強(qiáng)售后技術(shù)服務(wù)及產(chǎn)品的推廣應(yīng)用 [5]。 丙烯酸涂料的 性能特點(diǎn)及 分類 具有優(yōu)良的色澤，可制成透明度極好的水白色清漆和純白的白磁漆； 耐光、耐候行好，戶外暴曬耐久性強(qiáng)，在紫外線照射下不易分解或變黃，能長期保持原 有的光澤及色澤； 耐熱、耐過熱烘烤，在 170℃溫度下不分解、不變色，在 230℃左右或更高的溫度下仍不變色； 耐腐蝕 ， 有較好的耐酸堿、鹽、油脂、洗滌劑等化學(xué)品的沾污及腐蝕性能。 裝飾性能強(qiáng) 。 涂層豐滿 ， 平整光亮、耐磨擦、易去污、耐沖擊 ， 色彩多樣，美觀悅目 ； 施工方便，常溫固化。涂層既可在 5～ 40℃ 條件下固化成膜，也可在 60～ 80℃條件下烘烤 30 分鐘成膜，對(duì)金屬、水泥表面、磚石、木材、塑料制品均有良好附著力 ； 可制成中性涂料，可調(diào)入銅粉、鋁粉，使其具有金銀一樣光耀奪目的色澤，不會(huì)變暗 ； 長期貯存不變質(zhì)。 廣東石油化工學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 年產(chǎn) 2020 噸 丙烯酸涂料工廠設(shè)計(jì) 6 總之，丙烯酸類聚合物綜合性能良好，而在耐候性能方面，則是除有機(jī)硅、有機(jī)氟以外，最為優(yōu)秀的另一大類高分子聚合物。 丙烯酸涂料的 分類 丙烯酸樹脂涂料的種類很多，按樹脂的特性、成膜方式、用途可以對(duì)其進(jìn)行如下分類 ： (1)按成膜特性分類。按丙烯酸樹脂涂料成膜特性，丙烯酸樹脂涂料分為熱塑性和熱固性兩大類。熱塑性丙烯酸酯涂料由丙烯酸樹脂溶于有機(jī)溶劑制得，如丙烯酸清漆、丙烯酸磁漆，帶溶劑揮發(fā)后，形成美觀而堅(jiān)固的涂膜。熱固性丙烯酸酯涂料則是通過自交聯(lián)或與環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、異氰酸酯等交聯(lián)（常溫或 烘干）完成成膜過程，交聯(lián)使漆膜變成巨大的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了涂膜多方面的物理性能及防腐蝕、耐化學(xué)品性能。 (2)按丙烯酸樹脂涂料用途分類。按丙烯酸樹脂涂料的應(yīng)用可以分為： ① 木器用丙烯酸樹脂涂料； ② 建筑用丙烯酸樹脂涂料； ③ 汽車用丙烯酸樹脂涂料； ④ 工業(yè)防腐蝕用丙烯酸樹脂涂料 ； ⑤ 塑料表面用丙烯酸樹脂涂料； ⑥ 家電用丙烯酸樹脂涂料 ； ⑦ 頂涂裝用丙烯酸樹脂涂料。 (3)按丙烯酸樹脂涂料形態(tài)分類。按丙烯酸樹脂聚合物的形態(tài)和性質(zhì)分為三種：溶劑型、水性、無溶劑型。如表 11 表 11 丙烯酸酯涂料按形態(tài)分類 涂料類別 干 燥條件 代表性品種 溶劑型 傳統(tǒng)溶劑型 自干（加熱） 丙烯酸清漆 加熱 丙烯酸氨基涂料、封閉型丙烯酸聚氨酯 常溫 雙組份丙烯酸聚氨酯 高固體分 自干（加熱） 高固體分丙烯酸氨基涂料 非水分散體 加熱 丙烯酸非水分散體 水性 水溶性 自干（加熱） 水溶性丙烯酸氨基涂料 水溶膠 常溫（加熱） 丙烯酸水溶膠 水乳膠 常溫 丙烯酸水乳膠 加熱 交聯(lián)型丙烯酸乳膠 水厚漿 加熱 水厚漿丙烯酸涂料 無溶劑型 輻射固化性 紫外線 紫外線固化丙烯酸涂料 電子束 電子束固化丙烯酸涂料 粉末型 加熱 熱固性丙烯酸粉末涂料 第一章 概述 7 丙烯酸 樹脂改性技術(shù)發(fā)展 針對(duì)丙烯酸樹脂涂料存在的抗污染性低，機(jī)械性能不夠好等缺陷 ， 利用有機(jī)硅、有機(jī)氟、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、納米材料等對(duì)丙烯酸樹脂進(jìn)行改性 ， 賦與它不同的新性能，能夠較好的提高丙烯酸樹脂涂料的性能 ， 國內(nèi)報(bào)道的文獻(xiàn)較多。 納米材料改性 納米材料具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子尺寸效應(yīng)等特殊性質(zhì)，可以使材料獲得新的功能 。 涂料中添加納米顏填料后 ， 由于納米顏填料粒子能夠吸收紫外光 ， 起到紫 外光吸收劑的作用 ， 增強(qiáng)涂料的耐老化性能 ， 同時(shí)還具有光催化性能、疏水疏油性能、高韌性、高耐擦洗性、高附著力等 ， 故可使涂料的耐候性得到大幅度的提高 。 近年來，隨著納米科技的快速發(fā)展 ， 納米材料已廣泛地應(yīng)用于丙烯酸樹脂改性，使其各項(xiàng)性能獲得提高 。 除此之外 ， 納米材料改性的丙烯酸樹脂還呈現(xiàn)出如自清潔、抗靜電、抗菌殺菌和吸波隱身等特殊性能 ， 使丙烯酸酯乳液向著環(huán)保方向發(fā)展。納米材料改性丙烯酸樹脂的開發(fā)已成為近年來國內(nèi)外研究的新熱點(diǎn) [6]。 SPGumfekar 等用甲基丙烯酸甲酯 丙烯酸正丁酯 /納米 CaCO3（平均粒徑 53 nm）進(jìn)行原位乳液聚合，制成 P（ MMABA）的納米復(fù)合乳液 ， 以不同的比例和醇酸乳液雜化改性，除了耐沖擊性能有點(diǎn)弱化外，涂膜的光澤、附著力、硬度均有明顯改進(jìn) 。 試驗(yàn)證實(shí)，在 MMA∶ BA=1∶ 1， 納米 CaCO3用量 4%， 醇酸乳液占 50%（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的配方，可以獲得最佳性能 。 馬國章等利用納米 SiO2 表面上的 SiOH 和異佛爾酮二異氰酸酯（ IPDI）、聚丙二醇、丙烯酸羥乙酯進(jìn)行原位聚合，制備納米 SiO2 /PU丙烯酸酯聚合物 ， 納米材料分散好 ， 無團(tuán)聚 ， 可以 UV 固化 ， 改進(jìn)了涂膜的耐熱性和硬度 。 丙 烯酸 醇酸樹脂雜化改性 對(duì)水性醇酸樹脂涂料改性的研究工作 ， 以丙烯酸改性為多。用丙烯酸改性水性醇酸樹脂，希望能綜合醇酸乳液的高光澤和對(duì)木材等底材滲透性好、丙烯酸乳液的快干和保光保色性好的優(yōu)點(diǎn) ， 克服醇酸乳液干燥慢等缺點(diǎn) 。 如果將丙烯酸乳液和醇酸乳液采取簡單的機(jī)械混和，也不采取其他措施 ， 攪拌停止后就會(huì)很快分層 。 采用雜化（ hybrid）工藝 ， 可以較好克服這個(gè)弱點(diǎn)。近年來 ， 國內(nèi)外對(duì)丙烯酸 醇酸乳液樹脂雜化改性的報(bào)道較多 ， 可以是在醇酸樹脂低聚物存在下 ， 丙烯酸單體進(jìn)行聚合，然后乳化；也可以是丙烯酸乳液存在下，滴加醇酸樹脂低 聚物進(jìn)行聚合。可以是常規(guī)乳液聚合，也可以借助添加低相對(duì)分子質(zhì)量的 PMMA 進(jìn)行細(xì)乳液聚合，以進(jìn)一步提高體系的穩(wěn)定性和涂膜的性能 [7]。 廣東石油化工學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 年產(chǎn) 2020 噸 丙烯酸涂料工廠設(shè)計(jì) 8 UV 固化水性丙烯酸系涂料的改進(jìn) (1) 紫外光（ UV）固化丙烯酸酯涂料 [8] UV 固化涂料具有高涂裝效率、低 VOC、較好性能的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展較快 。 有陰離子固化和陽離子固化 兩 種類型，而以前者應(yīng)用較多。樹脂分子中含丙烯酰氧基是產(chǎn)生自由基、進(jìn)行 UV 固化的前提。常用的品種有丙烯酸 聚酯、丙烯酸 環(huán)氧、丙烯酸 聚氨酯、丙烯酸 有機(jī)硅等。以丙烯酸 環(huán)氧消費(fèi)量高，如 2020 年全國生產(chǎn)與消費(fèi) UV 固化樹脂 t，丙烯酸 環(huán)氧樹脂占 t，幾占一半。為提高 UV 固化涂料的耐候性、抗沾污性、化學(xué)抗性，用氟材料改性 UV 固化丙烯酸的研究較多 ， 技術(shù)途徑多樣。氟化丙烯酸酯如全氟烷基乙基丙烯酸酯已商品化，從它出發(fā)可以制含氟的 UV 固化的丙烯酸酯涂料、丙烯酸 環(huán)氧涂料，可以明顯提高耐候性和抗沾污性。氟化多元醇和多異氰酸酯反應(yīng)制成端 NCO 預(yù)聚物，再引入丙烯酰氧基，可制成 UV 固化聚氨酯 丙烯酸酯涂料 [9]。也可用氟化多異氰酸酯合成丙烯酸 聚氨酯 UV 固化涂料，只是氟化多異氰酯單體成本 高，影響產(chǎn)業(yè)化。有 研究表明 ，利用含 Si— H 鍵的有機(jī)硅單體和氟化丙烯酸酯的雙鍵進(jìn)行硅氫化加成反應(yīng)，同時(shí)進(jìn)行含氟硅材料改性，制成可 UV 固化的涂料， 可以 提高涂料的耐性和耐熱性能。納米二氧化硅改性聚氨酯 丙烯酸涂料，經(jīng) UV 固化，可提高涂膜的熱穩(wěn)定性、硬度、耐磨性和化學(xué)抗性 [10]。 (2)UV 固化水性丙烯酸涂料的改進(jìn) [11] 圍繞 UV 固化水性丙烯酸 聚氨酯樹脂的改進(jìn)，張勝文等用納米 SiO2和聚氨酯丙烯酸反應(yīng)制成納米復(fù)合乳膠液，經(jīng)分析證實(shí)，納米粒子在乳液分散體中無團(tuán)聚現(xiàn)象，對(duì)UV 固化涂膜的微結(jié)構(gòu)進(jìn) 行分析與觀察，納米粒子均勻地分散在聚氨酯 丙烯酸的基體中，為改進(jìn)涂膜的熱穩(wěn)定性、硬度等性能提供了前提。褚夫強(qiáng)等分別合成聚氨酯 丙烯酸與環(huán)氧 丙烯酸兩種水分散體，然后混合使用，相混性良好， UV 固化速度提高 ； 加入 20%（質(zhì)量）的聚氨酯 丙烯酸水分散體，涂膜的斷裂伸長率可提高 倍，光澤也大為提高?；旧夏苓_(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可綜合二者的優(yōu)點(diǎn)，能明顯提高綜合性能。閔紹進(jìn)等分別合成環(huán)氧 丙烯酸乳液和環(huán)氧乳液 ， 將二者按一定比例混合，利用 UV 和熱雙重固化工藝，涂膜硬度可達(dá) 3H， 提高了耐水性、附著力、耐擦洗性能。 丙烯 酸樹脂不僅是涂料的成膜基料，亦可作為顏填料在涂料中的潤濕分散劑，丙烯酸涂料的前景非常誘人。 水性和 UV 固化的丙烯酸樹脂及涂料發(fā)展很快，產(chǎn)量在低污染涂料中名列前茅。氟硅材料、納米材料改性、多重復(fù)合、雙重固化等技術(shù)研究與應(yīng)用，不僅明顯改進(jìn)水性丙烯酸涂料和 UV 固化丙烯酸涂料的性能，而且為進(jìn)一步研究開發(fā)質(zhì)量更高的復(fù)合型丙烯酸系樹脂及涂料展示了廣闊的途徑。 丙烯酸涂料的未來發(fā)展 第一章 概述 9 丙烯酸樹脂涂料已經(jīng)開發(fā)出眾多品種，其應(yīng)用也日益擴(kuò)大。隨著新技術(shù)的發(fā)展和滲透，涂料的品種必將不斷更新和拓展。 丙烯酸樹脂是重要的涂料 工業(yè)用成膜物質(zhì)，其今后的發(fā)展仍將呈加速增長趨勢(shì)。其中水性丙烯酸樹脂（包括乳液型和水可稀釋型）的研究、開發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用將更加受到重視；高固體份丙烯酸樹脂和粉末涂料用丙烯酸樹脂也將占有一定的市場份額；同時(shí)，氟、硅單體改性、聚氨酯改性、環(huán)氧樹脂改性、醇酸樹脂改性以及納米材料改性的丙烯酸樹脂在一些高端及特殊領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)得到進(jìn)一步的推廣 。廣東石油化工學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 年產(chǎn) 2020 噸 丙烯酸涂料工廠設(shè)計(jì) 10 第二章 生產(chǎn)配方及原材料的選定 配方設(shè)計(jì)機(jī)理 配方設(shè)計(jì)是開發(fā)新產(chǎn)品，向用戶提供涂膜性能滿意的涂料產(chǎn)品，同時(shí) 也是 保證涂料成本合理的重要環(huán)節(jié)。 在設(shè)計(jì)丙烯酸涂料配方之前， 首先調(diào)查清楚用戶對(duì)涂料和涂膜性能的要求，同時(shí)要調(diào)查了解用戶的前處理工藝、回收涂料方式、自動(dòng)化程度、烘烤爐的加熱方式、輸出鏈運(yùn)轉(zhuǎn)速度、烘烤溫度和試劑等情況，以便設(shè)計(jì)的丙烯酸涂料配方能夠滿足用戶的涂裝設(shè)備和工藝條件的要求。 其次是調(diào)查了解涂裝產(chǎn)品的用途 ， 是在戶內(nèi)還是戶外 ， 被涂物的材質(zhì)、涂膜物理機(jī)械性能和耐化學(xué)介質(zhì)等性能要求。同時(shí)還要了解噴涂的涂膜厚度，外觀平整性要求和單位面積噴涂的用量等 ， 以便設(shè)計(jì)丙烯酸涂料配方時(shí)考慮樹脂熔融粘度、反應(yīng)活性和顏填料的百分含量等問題 [12]。 原料的分析選定 樹脂的選用 與傳統(tǒng)的溶劑型涂料相比，水性涂料具有價(jià)格低、使用安全，節(jié)省資源和能源，減少環(huán)境污染和公害等優(yōu)點(diǎn)，因而已成為當(dāng)前發(fā)展涂料工業(yè)的主要方向。水性丙烯酸樹脂涂料是水性涂料中發(fā)展最快、品種最多的無污染型涂料。 水性丙烯酸樹脂包括丙烯酸樹脂乳液、丙烯酸樹脂水分散體（亦稱水可稀釋丙烯酸）及丙烯酸樹脂水溶液。乳液主要是由油性烯類單體乳化在水中在水性自由基引發(fā)劑引發(fā)下合成的，而樹脂水分散體則是通過自由基溶液聚合或逐步溶液聚合等不同的工藝合成的。從粒子粒徑看：乳液粒徑 樹脂水分散體粒徑 水溶液粒徑。從應(yīng)用 來 看以前 兩者最為重要。 丙烯酸水性漆可分為水分散型和水溶性兩大類，前者是以水乳膠或水溶膠為基質(zhì)的涂料。水溶性丙烯酸酯涂料采用具有活性可交聯(lián)官能基團(tuán)的共聚樹脂制成，多系熱固性涂料，在制漆時(shí)外加或不加交聯(lián)樹脂，使活性官能團(tuán)間在成膜時(shí)交聯(lián)而成體型結(jié)構(gòu)的漆膜。中和成鹽的丙烯酸樹脂能溶于水 ， 但其水溶性并不很強(qiáng)，常常形成乳濁狀的液體或是粘度很高的溶液，所以在水溶性樹脂中必須加入一定比例的親水助溶劑來增加樹脂的水溶性 [13]。 第二章 生產(chǎn)配方及原材料的選定 11 聚酯樹脂是分為飽和聚酯樹脂和不飽和聚酯樹脂。涂料行業(yè)最常用的飽和聚酯樹脂是含端羥基官能團(tuán)的聚酯樹脂，通 過與異氰酸酯、氨基樹脂等樹脂交聯(lián)固化成膜。不同的原料對(duì)樹脂性能作出不同的貢獻(xiàn)，選擇原料時(shí)要 針對(duì) 樹脂的性能要求，選擇相應(yīng)的能對(duì)樹脂所要求性能有幫助的原料，從提供官能度、硬度、 柔韌 性等多方面來考慮。 水性飽和聚酯樹脂具有較好的表面干固性能，可以提高涂料涂覆后的干固速度，減少涂料流動(dòng)產(chǎn)生涂層不均勻的現(xiàn)象。 顏料 顏料不僅可以美化塑料管材的外觀，而且兼有抗氧、耐熱、耐光和穩(wěn)定作用。主要品種有： 珠光粉、 鈦白粉、炭黑等。 珠光粉又名珠