Влияние молекулярной массы акриловых сополимеров на свойства покрытий

А. И. Хасанов, Е. А. Ефремов, А. Н. Гареева,

Р. М. Гарипов

ВЛИЯНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ АКРИЛОВЫХ СОПОЛИМЕРОВ

НА СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ

Ключевые слова: бутилметакрилат, метилметакрилат, акриловая кислота, бисерные

сополимеры, акриловые покрытия.

В данной работе представлен суспензионный метод получения бисерных сополимеров на основе бутилметакрилата, метилметакрилата и акриловой кислоты. Синтезированные сополимеры использовали в качестве основы для получения лакокрасочных материалов. Изучали физико-механические свойства сополимеров и покрытий на их основе.

Keywords: вuthyl methacrylate, methyl methacrylate, ethylene carboxylic acid, bead copolymers,

the acrylic coverings.

Suspension method of getting glassbeads copolymers is presented in this work based on BMA, MMA and acryl acid. The synthesized copolymers were used as a basis for paints. Physical and mechanical properties of copolymers and coverings of their basis were studied in this work.

В данной статье описан способ получения акриловых пленкообразователей в виде бисера. В основу работы был положен суспензионный способ ведения процесса сополиме-ризации, так как он является легко осуществимым процессом и в настоящее время используется для получения широкого ассортимента сополимеров различного назначения. Сополимеры на основе акриловых мономеров легко образуются при различных способах полимеризации [1]. Поэтому представляет интерес изучения их свойств, как пленкообразующего вещества при разработке лакокрасочных материалов. Вместе с тем научная сторона метода суспензионной сополимеризации в получения акриловых сополимеров недостаточна проработана.

Данная работа выполняется при поддержке Фонда Содействия Развитию малых форм предприятий в научно технической сфере, номер контракта 7631р/10458.

Выбор сомономеров осуществляли исходя из обзора литературных данных. Метилметакрилат как твердый мономер придает стойкость к бензину, УФ-облучению, обеспечивает сохранение блеска. Поэтому его используют в сополимерах для верхних покрытий, особенно при окраске автомобилей. Бутилметакрилат, более мягкий мономер придающий очень хорошую влагостойкость материалам холодной сушки, но его пластифицирующий эффект ограничен. Он придает хорошую межслойную адгезию, стойкость к растворителям, превосходную устойчивость к УФ-облучению и сохранение блеска. Акриловая кислота обладает хорошими пластифицирующими свойствами, но пары мономера весьма токсичны и обладают неприятным запахом. Его сополимеры довольно устойчивы к УФ-облучению и хорошо сохраняют блеск [2].

Нами были синтезированы сополимеры на основе акриловых мономеров (бутилметакрилат (БМА), метилметакрилат (ММА), акриловая кислота (АК). Синтез проводили в

реакторе, снабженным перемешивающим устройством с переменным числом оборотов, а также стеклянным термометром. Сополимеры синтезировали суспензионным способом в водной среде при содержании мономера 13,88 мас. %. В качестве инициатора использовали перекись бензоила (ПБ), полимеризацию проводили при температуре 800С в течение трех часов. Изменяли количество инициатора от 3 до 6%. По окончании полимеризации полученные гранулы полимера отделяли от раствора, после чего гранулы промывали водой и сушили. Был получен прозрачный бисерный сополимер (с насыпной плотностью ^ас=400-500кг/м3 и со средним размером частиц 0,25мкм). Чтоб иметь представление о молекулярной массе сополимера была измерена характеристическая вязкость. Измерение проводилось вискозиметрическим методом [3].

В таблице 1 представлены характеристики лаков на основе бисерных сополимеров, полученные при разных содержаниях инициатора.

Видно, что при увеличении в рецептуре доли инициатора происходит уменьшение молекулярной массы, о чем можно судить по уменьшению характеристической вязкости. Сополимеры получаются достаточной величины (характеристической вязкости доходит до

0,53), что может быть объяснено как с ростом сухого остатка, так и увеличением межмоле-кулярного взаимодействия с увеличением доли элементарных звеньев на основе ММА.

Таблица 1 - Свойства синтезированных сополимеров

Содержание инициатора в сополимере, мас. % Характеристическая вязкость, 100мл/г Кислотное число, мг КОН/г

3 0,53 10,23

4 0,31 10,52

5 0,24 9,18

5,5 0,16 9,93

6 0,13 10,36

На рисунке 1 представлена зависимость характеристической вязкости от содержания инициатора в составе сополимера. Видно, что с увеличением инициатора характеристической вязкости убывает по экспоненте.

Реологическую зависимость лаков определяли на вискозиметре «RHEOTRON» с использованием измерительной системы цилиндр-цилиндр. Видно, что лаки являются неньютоновскими жидкостями, они вязкопластичные, так как имеют начальное напряжение сдвига [4]. С увеличением содержания инициатора в рецептуре сополимеров, вязкость лаков уменьшается.

Таблица 2 - Свойства лаков на основе сополимеров

Содержание инициатора, мас. % Сухой остаток, % Вязкость при 5 об/мин, Па*с

3 37,50 3,091

4 37,26 2,045

5 38,57 2,095

5,5 37,16 1,617

6 36,02 0,903

На основе лаков были получены покрытия, свойства которых представлены в таблице 3. Покрытия оценивали по твердости (ГОСТ 4765-73); гибкости по шкале ШГ - 1 (ГОСТ 6806-73) [5].

Таблица 3 - Физико-механические свойства покрытий на основе бисерного сополимера

Содержание инициатора, мас. % Твердость, отн. ед. Гибкость, мм. Прочность при ударе, Дж

3 0,41 1 0,5

4 0,36 4 0,5

5 0,40 5 1

5,5 0,40 6 1

6 0,32 8 1

Для покрытий на основе бисерного сополимера сильной разницы в значениях твердости не наблюдается. Это можно объяснить схожестью строения мономеров ММА и БМА. Испытание на гибкость показали, что эластичность покрытия на основе бисерного сополимера с увеличением содержания инициатора уменьшается и, соответственно, покрытия становятся более хрупкими. Испытания на прочность при ударе показали невысокие значения. Можно сказать, что прочность покрытий одинакова, и не меняется в ряду синтезированных сополимеров.

Таким образом, в процессе работы были получены суспензионные сополимеры на основе акриловых мономеров (ММА, БМА, АК). Были определены свойства сополимеров, было рассмотрено влияние содержания инициатора на свойства покрытий. Изучено физико-механические свойства покрытий на основе акриловых сополимеров.

Литература

1. Обзорная информация. Серия акрилаты и поливинилхлориды/ Получение, свойства и применение суспензионных акриловых (со) полимеров/ НИИТЭХИМ, Москва, 1982. - 34 с.

2. http://all-paint.ru/

3. Торопцева А.М., Белогородская К.В., Бондаренко В.М. Лабораторный практикум по химии и технологии высокомолекулярных соединений / А.М. Торопцева, К.В.Белогородская, В.М. Бондаренко; Под ред. проф. Николаева А.Ф.. -Л.: «Химия», 1972. - 416 с.

4. Гарипов, Р.М. Определение вязкостных характеристик жидких композиционных материалов: Метод. указ. к лабораторным занятиям, УИРС, дипломному проектированию/ Р.М.Гарипов, Ю.В.Перухин, А.А. Ефремова. - Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 1995. - 22 с.

5. Карякина, М.И. Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий / М.И. Карякина. - М.: Химия, 1977. - 240 с.

© А. И. Хасанов - асп. каф. технологии переработки пластмасс и композиционных материалов, КГТУ, b-100lab@mail.ru; Е. А. Ефремов - асп. той же кафедры; А. Н. Гареева - студ. КГТУ; Р. М. Гарипов - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, rugaripov@rambler.ru.