自干型水性醇酸树脂的制备及应用

刘志云肖菲吉芹任志慧（西北永新涂料有限公司，甘肃兰州 730046）

0 引言

传统的溶剂型涂料中约含有50% 的有机溶剂，在涂料生产和施工过程中，大量的挥发性有机化合物（VOC）被排放到大气中，直接危害着人类和其他生物的健康。挥发性有机化合物在紫外线的作用下发生光化学反应，产生的光化学烟雾破坏生态平衡，且易燃、易爆，极易引起火灾。为了保护人类赖以生存的环境，自20 世纪70 年代以来，各工业发达国家致力于开发无污染、低能耗型涂料，从而为高固体分树脂和水性树脂的开发应用提供了广阔的市场。随着环保法规的日趋完善，人们环保意识的不断增强，低VOC 涂料必将是21 世纪国内外涂料市场的主角。醇酸树脂是重要的涂料用树脂，其用量一直占涂料工业用树脂的首位，使其水性化很有必要。但是水性醇酸树脂干燥慢，早期硬度低，耐水性差。本文采用丙烯酸酯类对其进行改性，获得了满意的结果。

1 实验部分

1.1 原材料

亚油酸，安徽芬德利油脂公司；苯甲酸，天津；三羟甲基丙烷，间苯二甲酸，进口；季戊四醇，濮阳；顺酐，山西；苯乙烯，进口；甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯，北京东方；引发剂，兰州；丁醇、乙二醇单丁醚，江苏三木。

1.2 试验配方

基础树脂的配方见表1。
基础树脂配方

改性树脂的配方见表2。

1.3 制备工艺

1.3.1 基础树脂

准确称取各种物料，装入反应釜中，升温至230~240℃保持酯化反应至终点。降温，加入溶剂，待用。

1.3.2 改性树脂

将基础树脂加入反应釜中，将各种丙烯酸酯和引发剂放入滴加罐中，升温至120~125℃，匀速滴加完毕。然后保持反应1 h，补加引发剂，保持反应1 h，降温至40℃以下，加入二甲基乙醇胺中和，调整pH至8~9，加入去离子水调整固体分和黏度，待用。
1.4 水性醇酸涂料的制备

1.4.1 水性白色醇酸涂料的配方

水性白色醇酸涂料的配方见表3。

1.4.2 制漆工艺

将树脂放入配料盆中，依次加入助溶剂、分散剂、消泡剂和各种颜填料，搅拌均匀，上砂磨机研磨至细度合格，用水调整黏度合格，加入催干剂，搅拌均匀，包装。

1.4.3 性能指标

水性醇酸涂料的性能指标见表4。

2 结果与讨论

2.1 醇酸树脂油度的选择

油度表示的是亚油酸在树脂中的含量。在改性树脂中，如果油度短，聚酯含量大，树脂黏度大，用于接枝共聚的双键含量少，不利于聚合反应。如果油度太长，刚性基团减少，容易造成树脂的水溶性下降。因此，选择油度为55%~58% 的醇酸树脂为宜。

2.2 多元醇的选择

三羟甲基丙烷有3 个伯羟基和1 个烷基支链，烷基支链可以减少3 个伯羟基之间的作用力，改进树脂和助溶剂的混溶性，提高树脂的水溶性，并在一定程度上降低了醇酸树脂的黏度，有利于树脂的改性。季戊四醇可以提高树脂的干性并降低成本，因此，本试验采用两者搭配使用。

2.3 多元酸的选择

用邻苯二甲酸酐制成的水性醇酸树脂，由于树脂的相对分子质量低，漆膜干性不好，且含有酯键，容易受到酸碱的攻击，易水解，造成树脂的性能下降。采用间苯二甲酸可以提高树脂的相对分子质量，提高硬度和缩短干燥时间，还可提高树脂的水溶稳定性。引入少量顺酐，可以增加醇酸树脂主链上的双键数量，用于与丙烯酸酯类单体共聚，提高树脂的水溶性、稳定性、干性和硬度。

2.4 丙烯酸酯类单体与基础树脂配比的选择

丙烯酸酯类单体所占比例太小，显示不出改性的效果，漆膜性能达不到要求。而且，丙烯酸提供水溶性的酸值太少，会造成树脂的水溶性变差；丙烯酸酯类单体所占比例太大，单体自聚的倾向大，制成的树脂黏度大，漆膜脆性大，机械性能差。通过试验（表5），我们确定两者的比例为45∶55。