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0 引言
随着经济的不断发展，资源和环境问题已成为可持续发展的一对主要矛盾。石油危机直接导致原油价格飞涨，工业涂料的原材料成本大大提高，而质量和价格的市场竞争必然导致一部分企业的优胜劣汰。与此同时，VOC（挥发性有机化合物）的排放直接给环境带来了严重的污染，美国自1966 年就颁布了66 法规，严格限制VOC 的排放。我国从20 世纪80 年代开始也陆续制定了一些环保法规，《涂料行业“十一五”发展规划》和《涂料行业科技中长期发展规划》均明确提出：未来15 年我国将大幅削减传统溶剂型涂料的市场份额，而水性涂料、紫外光固化涂料、粉末涂料、无溶剂涂料和高固体分涂料等环保型涂料将是未来工业涂料的主要发展方向［1-4］。
本文采用水性丙烯酸改性醇酸树脂为成膜物质，部分甲醚化氨基树脂为固化剂，配用合适的助剂、溶剂和颜料，制备了综合性能优异的水性丙烯酸改性醇酸氨基烤漆。考察了固化剂用量、烘烤温度和干燥时间对漆膜性能的影响。
1 实验部分
1.1 主要原材料
水性丙烯酸改性醇酸树脂，水性氨基树脂，乙二醇单丁醚，中和剂，蒸馏水，分散剂，流平剂，消泡剂，R940 钛白粉。
1.2 清漆配方
烘烤清漆的基本配方见表1。
表1 烘烤清漆的基本配方
1.3 清漆的配制
（1） 在固含量为76% 的水性丙烯酸改性醇酸树脂中，加入树脂质量7%~8% 的N，N- 二甲基乙醇胺，中和至pH 值为7.5~8.5，然后加少量水，调整固含量为60%，备用。
（2） 将固含量60% 的水性丙烯酸改性醇酸树脂和40% 的乙二醇单丁醚（简称BCS）水溶液加入调漆釜中，调节转速为600 r/min，分散15 min，然后加入配方量的水性氨基树脂，继续分散15 min，制得透明的烘烤清漆。
1.4 白色氨基烤漆的基本配方
白色氨基烤漆的基本配方见表2。
表2 白色氨基烤漆的基本配方
1.5 白色氨基烤漆的配制
先将部分40% 的乙二醇单丁醚水溶液、分散剂、消泡剂和水性树脂充分搅拌后，加入颜料，低速分散均匀，通过砂磨机将细度研磨至20 μm 以下，制得水性色浆。将剩余的水性改性树脂、氨基树脂、乙二醇单丁醚水溶液、消泡剂、流平剂、余量的水按配方量加入到干净的调漆釜中，于500 r/min 分散15 min，然后加入水性色浆，于800 r/min 分散15 min，最后低速分散30 min，用200 目滤布过滤，包装。
2 结果与讨论
2.1 水性改性树脂的稀释状态
水性树脂一般在水中的溶解力有限，为提高其水溶性需加入少量助溶剂，一般为亲水性的醇醚溶剂和低级醇。助溶剂能降低涂料的黏度，降低水性涂料体系的表面张力，改善与底材的润湿性能，提高涂料的流平性，延缓成膜时间，提高漆膜的光泽、丰满度和附着力［5-6］。不同质量分数的BCS 溶液对水性树脂稀释状态的影响见表3。由表3 可知：选用40% 的乙二醇单丁醚作溶剂较为适宜。
表3 不同质量分数的BCS 溶液对水性树脂稀释状态的影响
表3 不同质量分数的BCS 溶液对水性树脂稀释状态的影响
2.2 水性改性树脂的稀释黏度变化
表4 中分别示出了采用纯水或40% 的BCS 水溶液稀释水性改性树脂的黏度变化情况。由表4 可知：采用40% 的BCS 水溶液为溶剂，水性改性树脂的黏度值随其质量分数的降低而缓慢降低，当其质量分数由50% 降为30% 时，斯托默黏度值由128 KU 降为61 KU，继续稀释至25% 时，黏度值降为33 s（涂-4杯，25 ℃）。而采用纯水为溶剂时，其质量分数为35%~60% 时，树脂一直处于高黏度的浆糊状［7］，黏度值均>141 KU，超出斯托默黏度计测量的最大量程。当其质量分数为30% 时，黏度值为102 KU，继续稀释至25% 时，其黏度为25 s（涂-4 杯）。通过比较可知：采用一定量的助溶剂，可以大大降低水性树脂的黏度，调节施工性能，避免因为施工黏度降低过快而产生流挂和膜厚过低等不利影响。
表4 采用不同溶剂稀释水性改性树脂后黏度值的比较
表4 采用不同溶剂稀释水性改性树脂后黏度值的比较
2.3 氨基树脂的选用
水溶性氨基树脂主要包括高亚氨基型高甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、高亚氨基型三聚氰胺甲醛树脂、甲醇丁醇高醚化三聚氰胺甲醛树脂、六甲氧基甲基三聚氰胺甲醛树脂，其中高亚氨基型高甲醚化三聚氰胺甲醛树脂可以实现快速固化而不需酸催化，甲醛释放量低，厚膜涂层不易失重及起泡［8］。因此，本文选用了高亚氨基型高甲醚化三聚氰胺甲醛树脂。但水性氨基树脂在水中的溶解度小，一般需要低级醇、醚和酮类为助溶剂。实验表明，所选用的水性氨基树脂在40% 的BCS 水溶液中可以完全溶解，与水性改性醇酸树脂搭配，可以制得透明、均一的清漆。
2.4 固化剂用量和烘烤条件对漆膜性能的影响
固化剂用量和烘烤条件对漆膜性能的影响见表5。
表5 固化剂用量和烘烤条件对漆膜性能的影响
注：A 为改性醇酸树脂，B 为氨基树脂。
由表5 可知：烘烤温度为150℃，干燥时间为30 min 时，涂料完全交联固化，形成硬度、耐冲击性和柔韧性优良的漆膜。但是水性树脂与固化剂的配比应控制在一定范围［9-10］，当两者配比为2∶1 时，漆膜的耐冲击性和柔韧性很差，一般选择两者的比例在8~4∶1 为宜。改性醇酸树脂和氨基树脂的配比为6∶1 时，在140℃条件下不同的干燥时间所得漆膜的性能见表6。
由表6 可知：两种树脂的配比为6 ∶ 1 时，在140℃条件下烘烤30 min 漆膜没有完全固化，通过延长干燥时间，漆膜可以达到完全固化硬度，与厂家提供的技术参数一致。
2.5 白色氨基烤漆的性能
白色氨基烤漆的性能检测结果见表7。
表7 白色氨基烤漆的性能
2.6 涂料稀释的黏度曲线
图1 给出了室温下，采用40% 的乙二醇单丁醚稀释所得的水性涂料的黏度随稀释剂用量变化的曲线。由图1 可知：随着稀释剂用量的增加，涂料黏度缓慢降低。稀释剂用量在10% 以内，涂料适合无气喷涂、刷涂和辊涂等施工方式，而稀释剂用量为30%~50%时，涂料黏度为25~30 s（涂-4 杯），适合空气喷涂。与此同时，随着稀释剂用量的增加，涂料的黏度并没有出现突然降低的反常现象，因此，所制备的水性烤漆具有优良的施工性。
图1 涂料稀释的黏度变化曲线
3 结语
（1） 考察了水性树脂稀释后溶液的状态和黏度变化，表明采用40% 的乙二醇单丁醚水溶液为溶剂，可以制得透明、均一的清漆。它可以大大降低涂料的黏度，使得水性涂料具有优良的稀释性，有利于现场施工。而采用纯水为溶剂，树脂一直处于高黏度浆糊状态，水量增加，会出现黏度突然降低的现象。
（2） 设计改性醇酸树脂和氨基树脂的配比，考察固化剂用量、烘烤温度和干燥时间对漆膜性能的影响。结果表明：随着固化剂用量的增加，漆膜的硬度增大，附着力、耐冲击性和柔韧性变差。最终确定两者比例以8~4∶1 为宜。烘烤温度升高，反应速率明显加快，漆膜在一定时间内达到完全交联固化。同时，适当延长反应时间，也可以使得漆膜完全固化。
（3） 制备了白色水性氨基烤漆，其漆膜具备优异的耐水性、耐盐水性和耐醇性，168 h 以上漆膜无异常，耐酸性和耐碱性分别为5 h 和24 h。该水性烤漆具有优良的稀释性，适合刷涂、辊涂，以及空气、无气喷涂等多种施工方式。
（2） 设计改性醇酸树脂和氨基树脂的配比，考察固化剂用量、烘烤温度和干燥时间对漆膜性能的影响。结果表明：随着固化剂用量的增加，漆膜的硬度增大，附着力、耐冲击性和柔韧性变差。最终确定两者比例以8~4∶1 为宜。烘烤温度升高，反应速率明显加快，漆膜在一定时间内达到完全交联固化。同时，适当延长反应时间，也可以使得漆膜完全固化。
（3） 制备了白色水性氨基烤漆，其漆膜具备优异的耐水性、耐盐水性和耐醇性，168 h 以上漆膜无异常，耐酸性和耐碱性分别为5 h 和24 h。该水性烤漆具有优良的稀释性，适合刷涂、辊涂，以及空气、无气喷涂等多种施工方式。
