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高鲜映性水性丙烯酸氨基烘烤涂料的开发与研究
江勤，邱绕生，李纯，刘保磊(南京长江涂料有限公司，南京210047)
0 引言
随着人们生态意识的不断增强，环保材料的开发应用越来越受到重视，传统的溶剂型涂料将被迫逐渐退出市场。作为绿色环保型的水性涂料已受到人们关注，其中以水性丙烯酸树脂为基料的水性涂料更是研究热点之一[1-3]。本文通过溶液聚合法制备了水性丙烯酸树脂，同时，根据漆膜的鲜映性和其他物理机械性能和耐液体介质性选择了氨基树脂。根据各种氨类中和剂特点，考察不同氨
化合物对漆膜鲜映性、外观和性能的影响，以及助溶剂和流平助剂对漆膜鲜映性的影响。
1 试验部分
1.1 主要原材料及设备
水性丙烯酸树脂：自制，50%固含量；水性氨基树脂：美国氰特公司；丁醇：工业级，南京盛建化工有限公司；丙二醇甲醚：工业级，德纳(南京)化工有限公司；二甲氨基乙醇、2-氨基-2-甲基丙醇、N-乙基吗啉：试剂级，上海国药集团化学试剂有限公司；流平助剂：德国迪高公司。自由基溶液聚合反应装置(四口烧瓶、分液漏斗、机械搅拌器)、涂-4 黏度计：上海天平仪器厂；C-90 型电热恒温水浴锅：天津泰斯特仪器有限公司；QYG 涂膜鲜映性测定仪：天津市亚兴自动化试验仪器厂。
1.2 水性丙烯酸树脂制备方法
将苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸丁酯和偶氮二异丁腈混合均匀，按照配方量在四口烧瓶中加入丁醇和混合溶剂，开动搅拌升温至85 ℃，保持温度恒定。3 h 内均匀地加入单体混合物，加完后保温2 h。为了提高转化率减少残留单体，用2 h 再加入少量的偶氮二异丁腈，补加完毕保温2 h，降温至60 ℃，加入氨类中和剂且搅拌均匀，加入一定量水稀释至固体含量为(50±2)%，出料。
1.3 水性丙烯酸氨基烘烤面漆主要性能指标
水性丙烯酸氨基烘烤面漆主要性能指标见表1。
注：闪蒸条件：80 ℃，5～10 min；烘干条件：140～170 ℃，20～30 min
1.4 鲜映性原理简介
鲜映性是指涂膜表面反映影象(或投影)的清晰程度，以DOI 值表示(distinctness of image)。它能表征涂膜表面装饰性综合效果(如光泽、平滑度、丰满度等)。用公式(1)来表示以便于理解。
DOI=f(du50%，wa30%，wb20%) 式(1)
其中，du 表示晦涩度(dullness)，是用来评价光线散射的指标，表达具体尺寸小于0.1 mm 的表面细微结构对视觉外观的影响，肉眼一般无法发现该范围的结构变化，但其结构变化仍对视觉外观产生了关键的影响；wa 表达具体尺寸在0.1～0.3 mm 之间表面结构状况对视觉影响的参数；wb 表达具体尺寸在0.3～1.0 mm 之间表面结构状况对视觉影响的参数。
2 试验结果与讨论
2.1 水性丙烯酸树脂和氨基树脂的选择对漆膜鲜映性的影响
水性丙烯酸树脂和水性氨基树脂混溶性好坏对水性丙烯酸氨基烤漆的鲜映性起着决定性影响。其中，水性丙烯酸树脂属阴离子型，共聚树脂的单体选用了适量的不饱和羧酸单体使侧链上带有羧基，再用有机胺中和成盐而获得溶于水的丙烯酸树脂。水性氨基树脂则为甲醚化氨基树脂，它具有良好的水溶性，常用的有3 种类型：完全甲醚化三聚氰胺树脂、聚合型部分甲醚化三聚氰胺树脂和聚合型高亚氨高醚化三聚氰胺树脂，详细特点和性能见表2 描述。
在水性丙烯酸氨基烤漆中常用的是聚合型部分甲醚化三聚氰胺树脂和聚合型高亚氨基甲醚化三聚氰胺树脂，具体选用哪种类型的氨基树脂必须根据产品应用领域、性能特点来决定。
本试验主要选择美国氰特公司303lf、350 和327 三款氨基树脂进行相同固体比例、不同型号氨基树脂平行对比试验，性能测试结果见表3。
从表3 可以看出：303lf 氨基树脂用于本试验体系中，综合性能相对最好，且贮存稳定性无异常，鲜映性也相对较高。
2.1 胺中和剂的选择对漆膜高鲜映性的影响
在制备阴离子型水溶性丙烯酸树脂时，树脂本身不溶于水，需要借助胺类物质中和丙烯酸树脂上的羧基成盐后方可使涂料溶于水。胺类中和剂品种较多，其物理结构和化学特点对涂料贮存稳定性、漆膜成膜反应过程有不同影响，其碱性强度对添加量也有影响。因此，胺的选择对涂料的贮存稳定性、漆膜的颜色、漆膜物理机械性能和耐液体介质性能都有着决定性的影响。例如涂料烘烤成膜后，漆膜中若存在胺，则影响涂膜的颜色，同时还会降低涂料耐液体介质性能。因此，漆膜经过高温烘烤后最好无残留胺和其他带有极性的小分子物质。表4 列出一些常用胺类化合物沸点和碱性强度值。
沸点决定了胺的挥发速度，碱性强弱决定了胺类物质的用量。但是，胺的挥发和贮存过程是一个较复杂的过程。例如三乙胺和2-氨基-2-甲基丙醇碱性强，在漆内不容易迁移，反应过程中快速向成盐方向进行，将会导致表面干燥过快，引起漆膜缺陷；2-(甲基氨基)乙醇上的羟基在贮存过程中和丙烯酸树脂上酯基团发生酯交换反应，使一部分胺共价键合到树脂上，从而抑制了水性丙烯酸树脂和氨基树脂发生交联反应；N-乙基吗啉沸点和2-(甲基氨基)乙醇相近，但碱性强度相对适中，在贮存过程中相对较为稳定，既不会和丙烯酸树脂上的酯基团键合，也不会抑制水性丙烯酸树脂和氨基树脂发生交联反应。因此，综合评价时，制备氨基烤漆更适合选用N-乙基吗啉。详细描述见表5。
以各种氨化合物的物理性能为指导依据，同时，根据试验现象和试验结果分析：利用N-乙基吗啉氨中和剂能够制得流平性好、手感滑爽的高鲜映性水性丙烯酸氨基烘烤漆，其他各种氨化合物用于水性丙烯酸氨基烤漆时，总是有如漆膜表面黄变、起皱、发白等各种缺点。
2.3 助溶剂的选择对漆膜鲜映性的影响
助溶剂的选择对漆膜性能和施工性能都有着极大的影响，主要表现在对树脂的溶解性、对涂料的施工固含量和流挂性能的影响，同时对涂膜外观缺陷也存在一定的影响。因此需要根据所选水性丙烯酸树脂黏度特点和氨基树脂的特点进行筛选和组合。本试验主要选择丙二醇甲醚和丁醇作为助溶剂。
2.4 流平助剂的选择对漆膜鲜映性的影响
漆膜的流平性分为短波流平和长波流平：短波流平性欠佳会使漆膜表面留下贝纳尔漩涡状痕迹；长波流平性欠佳，则漆膜外观缺陷表现更为明显，更谈不上漆膜的鲜映性。根据鲜映性理论原理指导：短波流平控制好坏将会严重影响漆膜的鲜映性。同时，依据漆膜干燥的物理学原理，贝纳尔漩涡经常形成于漆膜中溶剂挥发的初期，要消除贝纳尔漩涡，必须要求所添加的流平助剂在初期即可以很快的迁移到漆膜的表面。因此，聚醚有机硅体系流平助剂非常适合水性体系以提高短波流平效果。本试验选择了德国迪高公司聚醚有机硅体系流平助剂来提高漆膜的鲜映性。
3 结语
(1) 利用自制水性丙烯酸树脂、结合美国氰特公司303lf 氨基树脂制得的漆膜：综合性能相对最好、鲜映性(Gd)值达到0.85 以上，且涂料贮存稳定性无异常。
(2) 利用N-乙基吗啉氨中和剂能够制得流平性好、手感滑爽的高鲜映性水性丙烯酸氨基烘烤漆。
(3) 根据水性丙烯酸树脂和303lf 氨基树脂的特点，选择了丁醇和丙二醇甲醚作为助溶剂制得具有高鲜映性的漆膜。
(4) 德国迪高公司聚醚有机硅体系流平助剂对提高漆膜的鲜映性有着很有效的帮助。
