水性涂料树脂合成

随着科技的发展，人们对生活环境的要求也越来越高。涂料应用于社会的各个行业，是人们生活中不可缺少的材料。目前传统的油性涂料已逐步被水性涂料代替，由于水性涂料具有环保、经济、安全、易清洗等优点，越来越受到使用者的青睐，而水性涂料的开发也已成为精细化工中的重要研究领域。
本书以培养实用型水性涂料树脂合成人才为目标进行编写。在内容上主要是研究如何开发适合市场需求的丙烯酸类涂料树脂乳液。本书第一、第二章主要介绍合成水性涂料所必备的基础知识。第三章是涂料用丙烯酸树脂乳液的研制，本章关于丙烯酸树脂乳液配方的计算具有一定创新性，首次将酸值、FOX方程等组合在一起，根据所需性能的丙烯酸树脂乳液参数，利用Excel表格的计算功能，自动得出乳液配方。这种方法使得丙烯酸树脂乳液的配方具有规律可循，同时便于寻求所需性能的丙烯酸树脂乳液配方。第四章是关于各类丙烯酸树脂乳液的研制、合成方法。主要有单组分丙烯酸树脂乳液的合成、丙烯酸树脂微乳液、普通乳液、核壳乳液、中空树脂乳液等的合成方法，对于制备不同性能的丙烯酸类涂料树脂来说具有重要的现实意义。第五章则是丙烯酸树脂乳液性能的研究。主要包括如何利用FOX方程等公式以及所需涂膜的性能要求计算出最佳配方参数，同时还介绍了涂膜性能的基本测试方法，以及针对市场上不同性能要求的丙烯酸树脂涂料涂膜性能的影响因素进行了研究思路方面的介绍。在第四、第五章中，还举用了大量的案例，利用Excel表格的计算功能自制配方设计计算表，对丙烯酸树脂乳液的制备及其性能研究进行讲解，这些案例体现了编者这几年教研所得的实验思路，为本书之精华所在，可为以后开发具体的涂料产品打下基础，对从事苯丙树脂研究的同行具有一定的参考意义。第六章至第八章分别介绍了水性聚氨酯树脂、水性醇酸树脂和水性环氧树脂。Excel表格计算模板可从教学资源网（http：//www.cipedu.cn）免费下载。
本书第一章、第二章、第四章由崔笔江编写，第三章由梁冰编写，第五章由梁晨编写，第六章由陈素怡编写，第七章、第八章由程锴编写。全书由崔笔江担任主编，负责统稿及定稿工作。在本书编写的前期，姬德成老师做了大量工作，本书是姬老师带领下的，我校全体“涂料人”的共同成果；此外，在编写过程中，还得到了化学工业出版社的大力支持和帮助，在此一并特别表示感谢!
本书力图将合成水性丙烯酸树脂乳液涂料的相关知识全面而详细地提供给读者，为从事该行业的广大技术工程人员及院校学生提供参考。由于编者学识水平有限，书中难免有不完善和疏漏之处，恳请读者批评指正。

编者
2021年5月于广州

《水性涂料树脂合成》主要介绍了如何开发满足市场需求的丙烯酸类涂料树脂乳液。本书分为理论和实验两大部分，其中理论部分包括水性涂料的基础知识，涂料助剂知识以及丙烯酸树脂研制的方法。实验部分以案例为载体，利用Excel表格的计算功能，自动得出乳液配方，合成不同种类涂料树脂乳液并分析影响树脂性能的因素。配方计算模板可从化学工业出版社教学资源网免费下载。
本书适合于职业院校精细化工专业学生及广大涂料工程技术人员使用，也可作为中等职业学校相关专业的教学用书或参考书。

第一章水性涂料基础知识1
第一节概述1
一、涂料的作用1
二、涂料的分类2
三、涂料的组成2
第二节涂料的成膜4
一、物理成膜方式4
二、化学成膜方式6
第三节水性涂料7
一、水性涂料的分类7
二、水性涂料的特点8
三、水性涂料的发展现状和前景9

第二章涂料与高分子化合物12
第一节概述12
一、高分子化合物的特性12
二、高分子化合物的分类14
第二节高聚物的结构和性质16
一、高聚物的结构16
二、高聚物的各种物理状态和性质17
第三节高分子化合物的合成和反应22
一、缩聚反应22
二、加聚反应23
三、聚合反应实施的方法28

第三章丙烯酸树脂乳液聚合理论31
第一节乳液聚合的定义及特点31
一、乳液聚合的定义31
二、乳液聚合的特点32
第二节乳液聚合理论33
一、分散阶段(乳化阶段)33
二、阶段Ⅰ(乳胶粒生成阶段)35
三、阶段Ⅱ(乳胶粒长大阶段)36
四、阶段Ⅲ(聚合完成阶段)37
第三节乳液配方设计原理38
一、乳液合成的组分及其在乳液聚合中的作用38
二、单体的选择39
三、乳化剂的选择41
四、引发剂的选择44
五、乳液配方设计和计算的方法46
六、乳液配方设计和计算举例51

第四章丙烯酸树脂乳液的研制53
第一节丙烯酸树脂乳液的配方设计基础54
一、单体的选择54
二、丙烯酸树脂的配方设计58
三、树脂乳液的制备实验59
第二节单组分丙烯酸乳液合成61
一、学习目标61
二、技术关键61
三、树脂合成62
【案例4-1】普通苯丙树脂的研制62
【案例4-2】加入TPGDA或TMPTA的苯丙树脂的研制64
【案例4-3】加入HEA或HPA的苯丙树脂的研制66
【案例4-4】加入AM或NAM的苯丙树脂的研制67
【案例4-5】纯丙树脂的研制68
【案例4-6】软醋丙树脂的研制70
【案例4-7】硬醋丙树脂的研制71
【案例4-8】加入TPGDA或TMPTA的纯丙树脂的研制73
第三节碱溶树脂合成74
一、合成的意义75
二、学习目标76
三、技术关键76
四、树脂合成77
【案例4-9】纯丙碱溶树脂的研制77
【案例4-10】高Tg醋丙碱溶树脂的研制79
【案例4-11】低Tg醋丙碱溶树脂的研制80
第四节微乳液合成82
一、研究聚合物微乳液的意义82
二、学习目标83
三、技术关键83
四、配方参数与配方84
五、配方参数设计与配方计算84
六、乳液制备85
第五节核壳乳液合成86
一、学习目标88
二、技术关键88
三、配方参数89
四、配方参数设计与配方计算89
五、配方形式91
六、实验步骤91
第六节普通乳液合成91
一、学习目标92
二、技术关键92
三、配方参数92
四、配方形式93
五、配方计算93
六、实验步骤94
第七节中空树脂乳液合成95
一、中空树脂的应用95
二、学习目标96
三、技术关键97
四、配方参数与配方形式97
五、配方计算97
六、实验步骤99
第八节三层中空树脂乳液合成99
一、学习目标100
二、技术关键100
三、配方参数与配方形式100
四、配方计算101
五、实验步骤103

第五章丙烯酸树脂乳液性能研究104
第一节概述104
一、单体共聚的目的104
二、丙烯酸树脂的配方设计105
三、水性丙烯酸树脂的应用106
第二节丙烯酸树脂乳液成膜性能研究方法106
一、样品配方的设计与调配107
二、涂膜的制备109
三、涂膜性能的测试109
四、学习目标119
第三节苯丙树脂参数变化对涂膜性能影响的案例分析120
一、硬树脂参数变化对成膜性能的影响120
【案例5-1】硬树脂Tg变化对涂膜性能的影响120
【案例5-2】硬树脂酸值变化对成膜性能的影响124
【案例5-3】硬树脂MMA/St变化对成膜性能的影响128
【案例5-4】硬树脂TPGDA用量变化对成膜性能的影响132
【案例5-5】硬树脂TMPTA用量变化对成膜性能的影响136
二、软树脂对涂膜性能的影响140
【案例5-6】软树脂Tg变化对成膜性能的影响140
【案例5-7】软树脂酸值变化对成膜性能的影响144
【案例5-8】软树脂MMA/St变化对成膜性能的影响148
【案例5-9】软树脂TPGDA用量变化对涂膜性能的影响152
【案例5-10】软树脂TMPTA用量变化对成膜性能的影响156
三、碱溶树脂对成膜性能的影响160
【案例5-11】硬碱溶树脂Tg变化对成膜性能的影响160
【案例5-12】硬碱溶树脂酸值变化对成膜性能的影响164
【案例5-13】软碱溶树脂Tg变化对成膜性能的影响168
【案例5-14】软碱溶树脂酸值变化对成膜性能的影响172
【案例5-15】碱溶树脂链转移剂用量变化对成膜性能的影响176
第四节丙烯酸树脂乳液涂膜性能研究及产品开发180
一、涂膜光泽度研究182
二、涂膜硬度研究184
三、涂膜的耐擦洗性研究185
四、涂膜最低成膜温度的研究187
五、涂膜的耐磨性研究189
六、涂膜的附着力研究191
七、涂膜的干燥速度研究193
八、涂膜的遮盖性研究196
九、涂膜的耐水性能研究198
十、涂膜的耐化学药品性研究199
十一、涂膜的耐高温性能研究202

第六章水性聚氨酯树脂204
第一节水性聚氨酯的合成单体204
一、多异氰酸酯205
二、多元醇低聚物209
三、扩链剂211
四、溶剂211
五、催化剂211
六、亲水单体(亲水性扩链剂)212
七、中和剂(成盐剂)213
第二节水性聚氨酯合成工艺213
一、强制乳化法(外乳化法)213
二、自乳化法(内乳化法)214
第三节合成实例215
一、非离子型水性聚氨酯的合成215
二、阴离子型水性聚氨酯的合成215

第七章水性醇酸树脂220
第一节水性醇酸树脂的分类221
一、按改性用脂肪酸或油的干性分类221
二、按醇酸树脂油度分类221
第二节水性醇酸树脂合成原理222
一、合成物料222
二、合成原理227
第三节水性醇酸树脂合成工艺229
第四节水性醇酸树脂合成实例230
一、TMA型短油度水性醇酸树脂合成230
二、PEG型水性醇酸树脂合成231
三、DMPA型水性醇酸树脂合成232
四、DMPA型短油度水性醇酸树脂合成232
五、间苯二甲酸-5-磺酸钠型水性醇酸树脂(1)的合成233
六、间苯二甲酸-5-磺酸钠型水性醇酸树脂(2)的合成234
七、水性醇酸-丙烯酸树脂杂化体的合成234

第八章水性环氧树脂236
第一节环氧树脂236
一、环氧树脂的类型236
二、我国环氧树脂的规格和代号237
三、环氧树脂及其固化物的性能特点238
四、环氧树脂的特性指标239
五、水性环氧树脂的应用240
第二节水性环氧树脂的制备240
一、机械法241
二、相反转法241
三、固化剂乳化法242
四、化学改性法242
第三节水性环氧树脂的合成实例244
一、单组分水性环氧乳液的合成244
二、水性二乙醇胺改性E-44环氧树脂的合成245
三、水性甘氨酸改性环氧树脂的合成245
四、水性光敏酚醛环氧树脂的合成246
五、以相反转乳化技术制备E-44水性环氧树脂246
六、水性环氧树脂固化剂的合成246

参考文献249