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1 前 言
随着现代科学技术及现代工业的发展，环境污染给人们赖以生存的地球以及人类本身造成了极大的威胁。传统溶剂性涂料，在施工过程中有50％以上的挥发性有机化合物（VOC）排放到大气中，造成第二次污染。因此人们对涂料中VOC 含量越来越重视。于是各种水性涂料、高固体涂料及无溶剂涂料纷纷问世。水性涂料制造过程中不使用溶剂，即节约资源又减少环境污染，因而水性涂料的发展，出现极为良好的前景。在相当大的程度上水性涂料代替溶剂性涂料，将是涂料发展的必然趋势。众所周知，丙烯酸树脂有着优良的保光保色性及耐紫外线性，而环氧树脂具有优异的耐碱性、耐化学品性和耐溶剂性，并且有着极好的附着力。本文通过接枝法成功地将丙烯酸引入到环氧分子中，合成了一种综合性能优良的水溶性丙烯酸改性环氧树脂，由它所配制的水性底面合一防腐涂料，兼具有两种树脂的优点，可广泛用于汽车底盘、零部件的防腐及工程防腐等领域。而且，因其以水作溶剂，对环境污染小，是一种具有广阔市场前景的新型涂料。
2 实验部分
2.1 环氧酯预聚物的合成
（1）配方(见表1)。
（2）合成工艺。将E－ 51 环氧树脂、亚麻油酸、丁烯酸、催化剂及回流二甲苯一次性投入带有冷凝器、分水器的三口烧瓶中，缓慢升温至160℃保温1h，继续升至180℃ 保温1h，再升至200℃ 保持1h，然后升至（225 ± 5）℃，保持至Av ≤ 5mgKOH/g 为合格，抽真空除去回流二甲苯，降温，出锅备用。
2.2 水性丙烯酸－环氧接枝共聚型树脂的合成
2.2 水性丙烯酸－环氧接枝共聚型树脂的合成
(1)配方(见表2)。
(2)合成工艺。将环氧酯预聚物和水溶性有机溶剂加入装有搅拌器、温度计、氮气导管及回流冷凝器的四口烧瓶中，通入氮气缓慢升温至(100～120)℃，将链转移剂及引发剂的80％溶解于混合单体中，控制好滴加速度匀速滴完后，保温0.5h，补加余下的引发剂，当转化率达95％以上时，滴加适量的二甲基乙醇胺中和反应0.5h，并加适量的去离子水（调整固体分至50％）搅拌均匀，即得水溶性丙烯酸环氧树脂液。其技术指标见表3。
2.3 水性底面合一防腐漆的配制
以水溶性丙烯酸－环氧接枝共聚型树脂和六甲醇醚化氨基树脂配制水性底面合一防腐烘漆，其配方见表4。
（1）配制工艺。在烧瓶中，按表4配方加入水溶性丙烯酸改性环氧树脂，搅拌下加入分散剂、颜填料及适量的水（根据粘度大小而定），搅拌均匀，研磨至细度＜ 30mm，加入其余助剂调匀，过滤，制得黑水性底面合一防腐涂料。
（2）施工工艺。涂装方法：喷涂 、刷涂、浸涂。底材处理：除油、除锈。施工粘度：（涂－4 杯，20～30）s。烘烤温度：120℃、30min。
（3）黑水性底面合一防腐涂料性能指标（见表5）。
3 结果与讨论
3.1 合成原理
由于环氧树脂有很强的憎水性，如果将环氧树脂直接引入到丙烯酸分子链中，制得的改性树脂为乳液状态，制成涂料后，贮存稳定性、稀释稳定性及涂膜光泽等性能有所下降。因此本文中先在环氧树脂分子链中引入亲水性基团，制成环氧酯预聚物，然后与丙烯酸酯单体在引发剂作用下经自由基聚合反应制得透明、稳定性优良的水性丙烯酸－环氧接枝共聚型树脂。用该树脂配制的水性底面合一防腐涂料的贮存稳定性可达一年。
3.2 环氧树脂相对分子质量的影响
环氧树脂自身就具有很好的防腐性，在对其进行改性后，环氧树脂还起着内交联剂的作用。致密性对涂膜的防腐性能起着决定性作用，而交联程度又决定致密度。交联剂的分子链长短决定了交联网状结构的网孔大小。当采用不同相对分子质量的环氧树脂时，涂膜的交联密度也会相应发生变化。随环氧树脂相对分子质量的增大，涂膜的交联密度降低，网孔增大，亲水性腐蚀物质更容易透过涂膜侵蚀基材，同时，由于环氧树脂的憎水性很强，随其相对分子质量的增大，憎水链段变长,使改性树脂的水溶性及贮存稳定性下降。为了满足树脂的防腐性与贮存稳定性要求，本文选用了相对分子质量较低的E － 51 环氧树脂。
3.3 环氧酯预聚物用量的影响
环氧酯的引入使极性树脂的耐盐雾性、耐碱性及附着力大幅提高。但由于环氧酯树脂与丙烯酸树脂的相容性较差，如果环氧酯树脂的加入量过大，则有可能在聚合反应后期出现两种树脂的分层现象，影响改性树脂的稳定性，并使涂膜的耐候性下降；如果加量过少，对丙烯酸树脂的改性效果又不太理想。从试验结果看，环氧酯预聚物的加量为丙烯酸酯类单体加量的30%～40％。
3.4 丙烯酸单体组成对涂膜性能的影响
试验中选用苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸等单体。丙烯酸单体的加入，给树脂分子链上引入了侧链羧基，经有机胺中和后使树脂获得水溶性。其用量越大，树脂水稀释过程中出现的粘度高峰渐渐趋于消失，水溶性越好。但过高的羧基含量导致成膜后涂膜的耐水、耐冲击性等性能降低。试验证明，当丙烯酸单体用量为3%～6％时，树脂的酸值在40～80即具有足够的水溶性，同时还有足够的交联官能团及良好的物理性能。苯乙烯、甲酯为硬单体，主要作用是为了改进涂膜硬度和附着力；丙丁酯为软单体，主要作用是为了改善涂膜柔韧性和耐冲击性。此外它们对涂层的其它性能也有一定的影响。如果增大软单体的用量会提高涂层耐水性，但软单体用量过大将会降低涂膜硬度，甚至出现涂膜受热发粘等弊病。所以适当的调整软硬单体的比例，才能使涂膜各项性能达到最佳。试验中选用的软硬单体比为1∶2.5～3.5。甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）的加入，为树脂分子链上引入了－OH 基团，它既可以作为亲水性基团来提高树脂的水溶性，又可作为交联基团参与和氨基交联剂的反应，提高交联密度，增强涂膜的防腐性能。但其用量过大，使氨基交联剂用量也相应增大，从而提高了成本，而且会使涂膜柔韧性和耐冲击性下降。
由表6可见，当甲基丙烯酸羟乙酯的用量为5％～10％时，涂膜的各项性能达到最佳。
由表6可见，当甲基丙烯酸羟乙酯的用量为5％～10％时，涂膜的各项性能达到最佳。
3.5 链转移剂的影响
对于水性丙烯酸-环氧树脂而言，其相对分子质量越小，水溶性就越好。因此在对涂料涂膜各项性能影响不大的情况下，降低树脂相对分子质量是制备该树脂的关键所在。而链转移剂是通过对链自由基的转移来调节相对分子质量，并使相对分子质量的分布趋于狭窄，因此能明显降低聚合物的粘度。但用量必须加以控制，因为过量将引起转化率不够，残余单体太多，严重影响涂料的各项性能，而且会使涂膜的耐水性、耐候性变差。所以对其用量通过试验，确定为单体总量的0.5％。
3.6 引发剂的影响
在该试验体系中，既有接枝聚合又有自由基聚合。增大引发剂用量不但有利于接枝反应，也是降低树脂相对分子质量的主要方法。并且合成树脂粘度与引发剂加量成反比，而与单体转化率成正比。但引发剂用量过大会提高生产成本，增加生产上的不安定因素导致副产物的增多，从而影响产物的耐久性及其它性能，因此引发剂用量以单体总量的2％～5％为宜。
3.7 中和度的影响
该树脂用二甲基乙醇胺中和至pH=7.5～8.0。选用二甲基乙醇胺，因为它所含的羟基可增加水溶性,降低水性功能单体用量。其中和不到位则水溶性降低、稳定性下降；若中和过量体系粘度增大,要使粘度下降必须多加水,体系固含量必然下降。影响涂膜丰满度，85% 中和度为好。
4 结 语
采用接枝共聚法成功合成了稳定性及水溶性好的水性丙烯酸改性环氧树脂，以此树脂为基料制成水性底面合一防腐涂料，涂膜性能优良、合成工艺简单.是一种具有广阔市场前景的环境友好型涂料。
