核_壳结构水性丙烯酸改性醇酸树脂涂料及其性能的研究

核_壳结构水性丙烯酸改性醇酸树脂涂料及其性能的研究

核-壳结构水性丙烯酸改性醇酸树脂

涂料及其性能的研究

钟 鑫1，2 孙 慧2 罗建瑞1 （1.郑州拓立造漆有限公司 450051；2.郑州市职业介绍中心 450052）摘 要：首先以亚麻油酸、三羟甲基丙烷、季戊四醇、间苯二甲酸、顺丁烯二酸酐、苯甲酸为原材料合成基础醇酸树脂，然后将丙烯酸（酯）单体、苯乙烯单体与其接枝共聚制得水溶性丙烯酸改性醇酸树脂，中和后制得颜色浅、干性好、硬度高、耐水性和热贮存稳定性优良的涂料。

关键词：核-壳结构；丙烯酸改性；醇酸树脂涂料；水性涂料

中图分类号：TQ 633 文献标识码：A 文章编号：1009-1696（2008）07-0013-04

0 前言

用于水性涂料的成膜物有醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯和聚酯树脂等，其中醇酸树脂是我国发展最早、产量最大的合成树脂。研制高性能水性醇酸树脂涂料，对生产厂商而言，其产品转型的投入和周期更容易接受。醇酸树脂的另一优势是它基本不依赖于石油产品，具有得天独厚的价格优势。此外，醇酸树脂的组分和性能可在很宽范围内调整，采用不同的多元醇和多元酸就能得到性能各异的树脂；而醇和酸之间官能度之比的变化可控制支化度，树脂原料中羧基之间或羟基之间的碳原子数能调整树脂的柔软性等，这些特点使醇酸树脂能应用于更多的领域。

水性醇酸树脂干燥速度较慢，特别是清漆的干燥性能更差，同时其涂膜早期硬度、耐水性和耐溶剂性也较差，为进一步提高水溶性醇酸树脂的性能，需要对其进行各种改性。常用的改性方法有有机硅改性和丙烯酸改性。本文首先制备一基础醇酸树脂，然后通过基础醇酸树脂分子上的双键与丙烯酸（酯）单体和苯乙烯单体共聚，经氨或胺中和后溶于水而得到一种

[收稿日期] 2008-01-16

[作者简介] 钟鑫，男，工程师，化工专业与工商管理专业双学士，毕业于郑州大学工学院（原郑州工业大学），在郑州双塔涂料有限公司（原郑州油漆厂）涂料研究所从事涂料和树脂的研究、开发与管理工作多年，现就职于郑州拓立造漆有限公司，负责涂料的研究、开发工作，已发表论文20余篇。

色浅、水溶性好和透明度优良的水溶性丙烯酸改性醇酸树脂，加入催干剂，可用于制备浅色自干水性丙烯酸改性醇酸树脂涂料。

1 实验部分

1.1 原材料

亚麻油酸，自制；三羟甲基丙烷、季戊四醇、间苯二甲酸、顺丁烯二酸酐、苯甲酸、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸，均为工业级；引发剂，试剂级；二甲苯、丙二醇甲醚、丁醇、三乙胺、氨水，均为工业级；金红石型钛白粉，美国；水性催干剂，美国；去离子水，自制。1.2 核壳结构水性醇酸树脂的合成1.2.1 基础醇酸树脂的合成

配方：

亚麻油酸 48~52三羟甲基丙烷 14~19季戊四醇 5~9顺丁烯二酸酐 2~4苯甲酸 4~7间苯二甲酸 14~19

合成工艺：按配方将亚麻油酸、苯甲酸、顺丁烯二酸酐、三羟甲基丙烷、季戊四醇，间苯二甲酸和回流二甲苯投入反应釜中，升温到180℃保温1 h，当出水量趋缓时，以10℃/h的升温速度均匀升温至230℃左右，保温酯化，至酸值为16~20 mgKOH/g后降温，真

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空抽去回流二甲苯，加入丙二醇甲醚兑稀备用。1.2.2 核壳结构醇酸树脂的合成

配方：

基础醇酸树脂 48~52甲基丙烯酸甲酯 32~36苯乙烯 10~12丙烯酸 2~6

合成工艺：将醇酸树脂加热到125~130℃，在4.5~5.0 h内滴加甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、苯乙烯和部分引发剂的混合物，滴加完毕后保温1 h，分2次补加余下的引发剂，各保温1 h；降温至80℃，加入适量的乙二醇单丁醚兑稀备用。1.3 水性醇酸树脂涂料的制备

配方：

核壳结构水性醇酸树脂 30~36钛白粉 22~26氨水 0.4~0.6三乙胺 1.3~1.8催干剂及活性“饲给性”干料 0.5~2.5助剂 0.3~1.5去离子水 33~48

生产工艺：在核壳结构水溶性醇酸树脂中加入三乙胺、氨水和部分去离子水；稀释树脂到一定粘度，并调节pH值至8左右，在搅拌下加入钛白粉，高速搅拌分散，用砂磨机研磨至细度≤20 μm，加入剩余的树脂和复合缓蚀剂及水性催干剂；搅拌均匀后，再次调整pH值至8.5左右，用剩余的去离子水调整漆液的粘度，合格后过滤包装。1.4 性能检测

核壳结构水性醇酸树脂涂料的性能检测结果见表1。

表1 核壳结构水性醇酸树脂涂料的性能

低，反而影响其表干速度和硬度，且耐候性、保色性亦变差。综合考虑，油度以50%~55%为宜。

在醇酸树脂结构中采用苯甲酸代替部分脂肪酸，降低了树脂的油度；当树脂在形成涂膜并氧化交联时，可以起到缩短表干时间并提高涂膜耐水性的作用，从而提高了成品涂膜的干燥速率、硬度、光泽、耐水性。但其用量太大时，会影响漆膜的柔韧性、耐冲击性及漆膜的氧化交联度。苯甲酸用量对漆膜性能的影响见表2。由表2可见：苯甲酸的用量为4%~7%时，漆膜的各项性能最佳。

表 2

苯甲酸用量对漆膜性能的影响

2 分析与讨论

2.1 油度及苯甲酸用量对漆膜性能的影响

油度对涂膜的硬度、干燥速度有较大的影响。油度越短则羟值越高，酸值一定时，水溶性好，但对自干体系而言，氧化交联密度小，干燥速度慢，涂膜硬度低；油度长则漆膜柔韧性、耐冲击性好，过长将影响其水溶性和贮存稳定性，而且由于主链聚合度变

2.2 基础醇酸树脂多元酸的选择

制备水溶性醇酸树脂，采用邻苯二甲酸酐时醇酸树脂相对分子质量较低，转而延长了漆膜的干燥时间，降低硬度，且水解稳定性较差；另外，邻苯二甲酸酐的邻位羧基能生成内酯，所以有一定数量相对分子质量较低的低分子树脂生成，使其硬度、耐冲击性、耐水性相对较差。采用间苯二甲酸可以提高树脂的相对分子质量及漆膜硬度、耐冲击性、耐水性，缩短漆膜的干燥

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时间，同时树脂的水溶性好。加入少量的顺丁烯二酸酐，旨在利用其与亚麻油酸中的共轭双键或隔离双键进行加成反应，生成一种螺旋结构体，使酯键得到保护，从而显著提高水性醇酸树脂的稳定性；同时在醇酸树脂分子的主链上引入双键，以提高反应体系的官能度，增大树脂的粘度，提高醇酸树脂的硬度、干性、抗冲击性和热稳定性，降低吸水率和原材料的成本。2.3 基础醇酸树脂多元醇的选择

常见的多元醇中，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，使醇酸树脂的水溶性明显改善，并在一定程度上降低了醇酸树脂的粘度，而且由于烷基支链对酯基起屏蔽作用，隔离了水分子的进攻，使三羟甲基丙烷醇酸树脂的水解稳定性及漆膜的耐化学介质性比甘油和季戊四醇形成的酯基有明显提高。但用季戊四醇制成的醇酸树脂比三羟甲基丙烷和甘油有较好的干性和较高的硬度，并可降 …… 此处隐藏：2542字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……