水性丙烯酸聚氨酯涂料的制备

水性丙烯酸聚氨酯涂料的制备
苍会升，温义丽，毕东东，于清章 (沈阳派尔化学有限公司，沈阳    110020)

0   前    言
丙烯酸聚氨酯涂料一直是涂料行业中应用最为 广泛的涂料品种之一。但是传统的溶剂型丙烯酸聚氨 酯涂料含有大量的有机溶剂，在使用过程中会对环境 造成污染。近年来，随着国家对环境保护的高度重视 和人们对环保意识的提升，为了减少对环境的污染， 降低VOC排放，溶剂型丙烯酸聚氨酯涂料的应用受到 了极大的限制。水性涂料作为一种对环境无污染的绿 色涂料，近年来得到了快速的发展。但水性涂料涂膜耐水性不好，机械强度总体不如溶剂型涂料。水性羟 基丙烯酸树脂具有良好的耐寒性、弹性以及软硬度受 温度影响较小等优点，在涂料、胶黏剂和油墨领域得 到广泛应用。 水性丙烯酸聚氨酯涂料的研究已经成为涂料领 域研究的热点之一。本文筛选出来的两种不同的水性 羟基丙烯酸乳液和两种不同的水性羟基丙烯酸分散 体，是经过实验及论证而具有工业化生产前景的优秀 树脂。比较4种不同水性丙烯酸羟基树脂对涂膜性能的影响，以求寻找一种性能优良，适合工业化生产的 水性羟基丙烯酸树脂。 本实验是把筛选出的4种不同水性丙烯酸羟基树 脂A、 B、 C、 D，将其应用到水性丙烯酸聚氨酯涂料中， 通过对比4种水性羟基丙烯酸树脂涂料的各项物理和 化学性能，来研制一种性能优良的水性丙烯酸聚氨酯 涂料。

1   实验部分
1.1   实验用仪器与原料 1.1.1   实验用仪器 ESJ205-4型电子天平、TT210型测厚仪、SFJ400型 砂磨分散仪、QCJ型涂膜冲击器、QTY-32型弯曲试验 仪、MY-XD-767A型氙灯耐气候试验箱、HFY-6090型 人工促进盐雾机、QBB型涂料比重杯等。
1.1.2   实验用原材料 水性丙烯酸树脂：德国Alberdingk Boley公司、北 京阳光汇德、高明同德化工、上海宝卓化工；去离子 水：自产；润湿剂、分散剂、消泡剂：德国迪高；流变剂： 毕克；助溶剂、pH值调节剂：国产；基材润湿剂、增稠 剂：毕克；氧化铁红：拜耳；磷酸铝、硫酸钡：国产。
1.2   水性丙烯酸聚氨酯涂料的制备 针对这4种不同水性羟基丙烯酸树脂，设计不同 的最优配方，测试使用4种水性羟基丙烯酸树脂制备 涂料的生产工艺及涂膜的各项性能， 4种配方中水性 羟基丙烯酸树脂和填料、颜料、助剂的比例都应为经 过大量实验确定的最佳比例。
1.2.1   基本配方 具体基本配方见表1。

固化剂：固化剂为4种水性羟基树脂配套固化剂。
1.2.2   制备工艺
将水性丙烯酸羟基树脂、润湿剂、分散剂、消泡剂 和去离子水预混，搅拌均匀。在搅拌条件下加入颜料 和填料，进行研磨。 细度达到30 μm后按配方中比例，在缓慢搅拌条 件下加入剩余助剂。其中根据涂料pH值调节加入pH 值调节剂，使涂料pH值为偏碱性。
1.3   涂膜的制备
涂膜按照GB/T 1727—1992标准制备，恒温实验 室静置养护7 d。
1.4   水性丙烯酸聚氨酯涂料标准性能与实验数据对比
1.4.1  水性丙烯酸聚氨酯涂料技术指标(见表2)

1.4.2   4种涂料涂膜性能比较(见表3)

2   结果与讨论
2.1   水性羟基丙烯酸树脂的选择
按聚合的粒子大小，水性羟基丙烯酸树脂分为乳 液型和分散体型。本文分别选用市场上反应相对较好 的两种分散体型水性羟基丙烯酸树脂和两种乳液型 水性羟基丙烯酸树脂。乳液型是在水性自由基引发下 合成的，而分散体型是通过自由基溶液聚合或逐步溶 液聚合等不同工艺合成的。上述实验中A、 C为乳液型 水性羟基丙烯酸树脂， B、 D为分散体型水性丙烯酸羟 基树脂。分散体型羟基丙烯酸树脂的粒径比乳液型 小，具有良好的柔韧性、硬度好以及附着力好等优点。 将4组实验与标准技术指标对比可得出：在其他 项目基本无差别的条件下，通过柔韧性、附着力、铅笔 硬度、耐水性、耐盐雾性和耐人工老化等项目的对比，D组实验制备的涂料涂膜性能要好于其他3组。

2.2   消泡剂的选择
水性丙烯酸聚氨酯涂料中含有较多容易产生气 泡的表面活性助剂，对生产和使用造成严重影响，因此消泡是配方设计中不可或缺的重要部分。消泡剂分 为抑泡剂和破泡剂两种，抑泡剂的作用是抑制水性涂 料在外力作用下的泡沫产生；而破泡剂主要是在已生 成泡沫膜的表面迅速散布，破坏气泡的弹性膜，使之破裂，但常常两种搭配使用效果比较好。消泡剂的种 类分为矿物油、有机硅类和非油非硅类。实验采用有 机硅类消泡剂，并确定含量在0.1%～0.3%消泡效果最 好，过量添加既得不到良好的消泡效果又能使涂膜产 生大量缩孔。

2.3   润湿剂的选择
加入润湿剂的目的是为了有效降低基材的表面 张力，改善对基材的润湿性。目前润湿剂的种类有：传 统表面活性剂、氟碳聚合物、改性聚硅氧烷、非硅非氟 类。实验选用适应性广泛，应用普遍的改性聚硅氧烷 基材润湿剂，能起到良好的基材润湿作用。但实验验 证，润湿剂加入量过多会使消泡剂失去作用，甚至起 到稳泡的作用。实验结果发现1#、 2#型号润湿剂对涂膜 性能有良好作用。

2.4   流变剂的选择
水性涂料中的流变剂是用来改善涂料的稳定性 和涂装性，提高涂膜质量，使涂刷后的漆液能尽快流 平，减少刷痕，也可以防止涂料贮存过程中颜、填料的沉淀，避免涂装过程中涂料的溅落、流挂，改善涂膜的 流平性能等。按机理主要的流变助剂种类有：非缔合 型流变助剂，通过可溶性及高分子量聚合物链的缠结 而发挥作用的；缔合型流变改性剂通过流变剂分子的 疏水性端基与本身及涂料成分之间的非特异性而相 互作用。本实验选用的是缔合型流变剂，并选取几种 型号的缔合型流变剂进行测试，实验发现2#、 3#对涂膜 有良好的流变效果， 3#助剂最佳。

3   结   语
作为一种绿色环境友好的涂料，水性丙烯酸聚氨 酯涂料的研究与制备一直是涂料行业研究的热点。其 中，水性树脂的不同直接影响涂料涂膜性能的好坏。 本实验通过对已筛选的4种树脂进行比对实验，并讨 论了消泡剂、基材润湿剂及流变剂的选取，从中寻找 到一种性能更良好，适合工业化生产的水性丙烯酸聚 氨酯涂料。