甲基丙烯酸异冰片酯研究进展

1背景及改善

甲基丙烯酸异冰片酯[isobornyl （meth）acrylate]简称IBO（M）A由于其特殊的结构和性质近年来作为一种新颖的丙烯酸单体在研究和应用方面引起人们的兴趣和重视。甲基丙烯酸异冰片酯存在双键，又有特殊的异冰片酯烷氧基，使它能与许多其他单体通过自由基聚合形成性能优异的聚合物，满足现代材料中不断严格的技术和环保要求，在高固体涂料、汽车涂料、光固化涂料、光纤涂料、改性粉末涂料等方面均有很好的应用前景[1]。

2甲基丙烯酸异冰片酯的结构与特性

甲基丙烯酸异冰片酯的结构中，内烯酸部分的双键通过自由基聚合能与许多其他不饱和单体共聚酯烷氧基部分为巨大的非极性二环烷基，该二环烷基给聚合物链以很强的空间位阻保护，使之具有优异的耐UV性，耐水性和耐化学性。聚合物链上巨大的非极性侧基弱化了分子链间的作用力，使聚合物溶液黏度降低，提高了与其他树脂和溶剂的相容性。另外甲基丙烯酸异冰片酯单体高的沸点，低的挥发性减少了应用中的毒性，改善了环境。正是这些优异的性能，促使甲基丙烯酸异冰片酯受到人们的青睐，其应用范围不断扩大。

图1 甲基丙烯酸异冰片酯的物性

3甲基丙烯酸异冰片酯（IBOMA）在高固体涂料中的应用

在解决和减少涂料中VOC对环境的污染方面，水性涂料，辐射涂料和粉末涂料等这些无溶剂涂料已经得到较广泛的应用，取得了引人瞩目的成绩，但在装饰性能，涂膜性能及施工应用等方面仍有许多尚待克服的局限性。目前，溶剂性涂料仍占主要份额，因此发展高固体涂料对降低整个行业VOC的排放量，充分利用现有的涂装生产线还是最具有现实意义的。

为降低VOC的排放提高涂料的固含量，必须尽可能降低涂料树脂的黏度。传统的措施有：降低树脂分子量，降低树脂玻璃化温度以及采用活性稀释剂。这些措施皆有牺牲涂料性能的弊端使用失衡会造成涂膜性能的伤害，如干性、硬度、耐擦伤、耐介质等性能的降低。

近来的研究工作发现，在丙烯酸树脂配方中，掺入甲基丙烯酸环型酯单体，在聚合物玻璃化温度（Tg）、分子量、官能团量维持不变的情况下，能有效地降低聚合物溶液黏度。C.A.Zezza等详细地研究了甲基丙烯酸环己酯甲基丙烯酸叔丁基环己酯，甲基丙烯酸异冰片酯和3.5.5-三甲基环己酯四种高Tg的丙烯酸环型酯单体。以由甲基丙烯酸甲酯（MMA），苯乙烯（St）丙烯酸丁酯（BA）和丙烯酸羟乙酯（HEA）组成的标准羟基树脂为基础聚合物，环型单体以5%的增量部分取代原配方中的MMA.然后应用FOX方程调节BA数量控制聚合工艺，维持聚合物的Tg，分子量，官能团含量和固含量不变。测定这些聚合物的溶液黏度表明：随着环型单体在聚合物中含量的增加聚合物溶液的黏度显著下降。在诸环型单体中，甲基丙烯酸异冰片酯的黏度降低效果最为显著。环型单体甲基丙烯酸异冰片酯的应用为高固体分丙烯酸树脂的开发提供了一个新的有效途径。

此外，正如前述甲基丙烯酸异冰片酯是一种将硬度和柔韧性能极好统一于一体的优异单体，能赋于聚合物杰出的高光泽、鲜映性、耐擦伤性以及耐候性、耐介质性。含甲基丙烯酸异冰片酯的丙烯酸树脂与聚酯、醇酸以及许多挥发性漆的成膜物质有很好的相溶性9。因此用于高固体汽车涂料等高档漆的配方中，并且各种应用层出不穷。

4甲基丙烯酸异冰片酯在光固化涂料中的应用

如前述，光固化涂料是一种重要的绿色环保涂料，它具有节能（节能80%），无污染，无需加热，高效（0.1s~1min可完全固化）适合于流水线施工可用于热敏基材、涂膜表面力学性能好、光泽高、硬度高、耐化学品好等特点。然而溶剂型紫外光固化涂料至今仍存在技术的局限性和需要改进的地方。其中较为主要的有涂膜的高收缩性以及涂料黏度大导致喷涂应用不便以及涂料有刺激性影响施工环境等。

甲基丙烯酸异冰片酯作为活性稀释剂用于光固化涂料除了能提供优异性能外还可以有效地改善上述弊病。在研究光固化涂料高收缩性方面，北京化工大学庞飞智等应用谩散射偏振光弹仪等方法，就不同活性稀释剂在环氧丙烯酸齐聚物/活性稀释剂/a-氯蒽醌光引发剂的光固化涂料体系中，对光固化涂层与基材的相对应力和体积收缩率进行了测定。选择的活性稀释剂有三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPA）已二醇二丙烯酸酯（HDDA）、新戍二醇二丙烯酸酯（NPGPA）、丙烯酸环已酯（CHA）和丙烯酸异冰片酯（BOA）它们分别代表三二和单官能度的不同活性稀释剂。

5结语

甲基丙烯酸异冰片酯能有效降低共聚物的黏度，使之适合应用于高固体分涂料。作为光固化涂料活性稀释剂，降低了涂料黏度，改善了施工性能和涂膜收缩性。这二种单体均能赋予涂膜优良的坚韧性、抗擦伤性、耐候性、抗介质性和高的光泽及装饰性。甲基丙烯酸异冰片酯的应用对于开发新的品种和提升现有涂料的质量不失为一个较有潜力的技术途径，且目前已完全可以采用国产的甲基丙烯酸异冰片酯，这对降低相关产品的成本扩大应用面提供了极为有利的条件。

参考文献

[1] CN 114805061 A