羥基丙烯酸樹脂和固化劑最佳配比（上）——相同固體含量、不同羥基含量樹脂固化成膜與漆膜性能的影響因素分析

玉 淵，陸 強(qiáng)，林合興，趙文斐，玉寧佳

（1.南寧市金雙龍涂料有限公司，廣西 南寧 530007；2.南寧振寧開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530022）

涂料工業(yè)中，固化劑的使用是為了促進(jìn)、控制、調(diào)節(jié)固化反應(yīng)的物質(zhì)。對(duì)于熱固性丙烯酸樹脂，尤其是含羥基的丙烯酸樹脂，其固化是經(jīng)過縮合、閉環(huán)、加成或催化等過程完成化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)[1]。只有固化劑中的-NCO基團(tuán)和羥基丙烯酸樹脂中的-OH基團(tuán)完全反應(yīng)，涂料才能從液相轉(zhuǎn)變成固相，成膜物間的高分子才能形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，賦予涂料漆膜性能良好的硬度、附著力、豐滿度、耐沖擊強(qiáng)度、耐高溫黃變性、耐候性、耐化學(xué)性、耐玷污性，提高涂料的使用壽命。

現(xiàn)實(shí)涂料制備中，由于供應(yīng)樹脂的廠家、價(jià)格、用途、樹脂固體含量、羥值/羥基含量、黏度、酸價(jià)等因素的不同，羥基丙烯酸樹脂在制作成涂料過程中所使用的固化劑配比也不同。因此，涂料生產(chǎn)商在獲取樹脂產(chǎn)品信息時(shí)，還需認(rèn)真查閱樹脂的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

本文以相同固體含量（NV：50%±2%）、不同羥基含量的2組羥基丙烯酸樹脂為例，通過計(jì)算固化劑用量配比和漆膜性能測試，分析相同固體含量、不同羥基含量的羥基丙烯酸樹脂固化成膜與漆膜性能的主要影響因素。

1 材料和實(shí)驗(yàn)方法

1.1 材料

A.固體含量（NV）50%±2%、羥值36的羥基丙烯酸樹脂。B.固體含量（NV）50%±2%、羥值86的羥基丙烯酸樹脂。C.拜耳固化劑（NCO/%=16.5%）。

1.2 制備方法

取A組100g的羥基丙烯酸樹脂，取B組100g的羥基丙烯酸樹脂，將A、B組各自計(jì)算好的固化劑用量、稀釋劑適量調(diào)至均勻混合為止，分別涂刷在長×寬×厚＝120mm×50mm×0.3 mm的馬口鐵試板上，靜置168h，待涂膜完全干燥適宜試驗(yàn)為止。

1.3 檢測儀器

漆膜沖擊儀、漆膜附著力測試儀、漆膜彈性測定儀。

2 固化劑用量配比計(jì)算

2.1 羥基丙烯酸樹脂技術(shù)指標(biāo)

A、B組羥基丙烯酸樹脂技術(shù)指標(biāo)分別見表1。

表1 A、B組羥基丙烯酸樹脂技術(shù)指標(biāo)

2.2 固化劑最佳用量配比計(jì)算

A、B組各取100g羥基丙烯酸樹脂的固化劑最佳用量和配比見表2。

表2 A、B組羥基丙烯酸樹脂的固化劑用量和最佳配比

3 檢測結(jié)果

3.1 固化劑的用量與漆膜性能檢測

為能更好地檢驗(yàn)與判斷固化劑用量對(duì)樹脂固化成膜后的技術(shù)指標(biāo)與漆膜外觀的影響，以上述計(jì)算好的固化劑最佳用量為基礎(chǔ)，增加2組數(shù)據(jù)，即：固化劑最佳用量減30%（以-30%代替）和加30%（以+30%代替），分別與材料中的A 、B組羥基丙烯酸樹脂在常溫（25℃）下進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1.1 A組樹脂在不同固化劑用量時(shí)的漆膜性能

A組羥基丙烯酸樹脂（固體含量NV：50%±2%，羥基含量：1.09%）分別與不同用量的固化劑進(jìn)行配比時(shí)，漆膜性能與外觀見表3。

3.1.2 B組樹脂在不同固化劑用量時(shí)的漆膜性能

B組羥基丙烯酸樹脂（固體含量NV：50%±2%，羥基含量：2.61%）分別與不同用量的固化劑進(jìn)行配比時(shí)，漆膜性能與外觀見表4。

表3 A組樹脂在不同固化劑用量時(shí)的漆膜性能

表4 B組樹脂在不同固化劑用量時(shí)的漆膜性能

3.2 酸價(jià)不同的樹脂涂膜干燥時(shí)間檢測

A、B組羥基丙烯酸樹脂的固體含量相同，但酸價(jià)不同。取A、B組各100g羥基丙烯酸樹脂與各自計(jì)算好的固化劑最佳用量進(jìn)行配制并涂刷在馬口鐵板上，觀察與檢測酸價(jià)對(duì)涂膜干燥時(shí)間的影響(外部溫度25℃)，結(jié)果見表5。

表5 酸價(jià)對(duì)涂膜干燥時(shí)間的影響

4 結(jié)果與討論

常溫（25℃）下，相同固體含量、不同羥基含量的羥基丙烯酸樹脂固化成膜與漆膜性能的主要影響因素為羥基含量、固化劑用量、酸價(jià)大小。

4.1 羥基含量的影響

由表2可知，羥基含量越大時(shí)，固化劑用量也越大，反之亦然。羥基是丙烯酸樹脂側(cè)鏈上作為后期交聯(lián)的活性官能團(tuán)，作用是增大樹脂的極性，改良漆膜的附著力和潤濕分散性。因此，羥基含量越大，使得漆膜交聯(lián)密度變大，制備出的涂料漆膜物理性、化學(xué)性、機(jī)械性能和漆膜外觀越好。同時(shí)，羥基含量越大時(shí)，可加快-OH基團(tuán)與-NCO基團(tuán)的活性反應(yīng)，提高涂料的固化交聯(lián)速度和干燥時(shí)間。在現(xiàn)實(shí)施工中，由于羥基含量大的樹脂會(huì)縮短涂料的熟化時(shí)間，加快涂料凝膠的速度，有可能使未能及時(shí)涂刷的涂料膠化從而導(dǎo)致涂料的浪費(fèi)。

4.2 固化劑用量的影響

由表2可知，對(duì)于相同固體含量、不同羥基含量的丙烯酸樹脂，當(dāng)它們使用同一固化劑時(shí)，則固化劑用量和最佳配比由樹脂自身的羥基含量決定。由表3、表4可知，對(duì)于相同固體含量和相同羥基含量的丙烯酸樹脂，若固化劑用量添加過少，固化不充分，影響成膜物質(zhì)間的交聯(lián)密度，導(dǎo)致涂層硬度不夠，漆膜沖擊強(qiáng)度變差，由50降低到45；附著力變差，由1級(jí)變?yōu)?級(jí)；漆膜彈性變差曲度半徑由0.5mm變?yōu)?.0mm。但若固化劑用量添加過多，樹脂固化速度過快，影響交聯(lián)強(qiáng)度，使得漆膜易發(fā)脆裂開，漆膜性能也變差。

4.3 酸價(jià)大小的影響

酸價(jià)，用來表示樹脂中酸性物質(zhì)總含量的參數(shù)，酸價(jià)的大小有助于控制樹脂貯存的穩(wěn)定性。酸價(jià)越大，-OH基團(tuán)和-NCO基團(tuán)反應(yīng)活潑，提高涂膜的固化交聯(lián)速度，加快了涂料凝膠速度，縮短干燥時(shí)間。由表5可知，酸價(jià)為6～8 的樹脂涂膜實(shí)干的時(shí)間是40h，而酸價(jià)為2～4 的樹脂涂膜實(shí)干時(shí)間是48h。酸價(jià)大則有助于樹脂對(duì)顏料的分散性和潤濕性，有利于提高漆膜的附著力、機(jī)械性、化學(xué)性、使用壽命。

然而，酸價(jià)也并非越大越好，這是因?yàn)椋孩倭u基丙烯酸樹脂中含有一定數(shù)量的羧基，酸價(jià)變大時(shí)羧基含量提高，而羧基具有親水性，當(dāng)涂層發(fā)生水解或氧化時(shí)，涂膜表面會(huì)形成泛白現(xiàn)象，導(dǎo)致涂膜耐水性變差；②由于酸價(jià)是衡量樹脂中酸性物質(zhì)大小的指標(biāo)，當(dāng)涂料涂刷在鋼結(jié)構(gòu)表面時(shí)，樹脂中的酸性物質(zhì)越大時(shí)，則對(duì)鋼具有腐蝕作用，嚴(yán)重影響鋼結(jié)構(gòu)使用壽命；③當(dāng)涂料涂刷在堿性物體表面，例如建筑用含堿性的膩?zhàn)颖砻鏁r(shí)，涂料中的酸性與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，影響涂膜的機(jī)械性能、化學(xué)性能和壽命。

5 結(jié)論

1）計(jì)算固化劑最佳配比時(shí)，相同固體含量、不同羥基含量的羥基丙烯酸樹脂的固化劑用量由樹脂的羥基含量決定。

2）通過固化劑用量對(duì)漆膜性能的影響測試可知，固化劑用量過少，影響漆膜的硬度，沖擊強(qiáng)度和附著力變差；固化劑用量過多，影響漆膜的交聯(lián)強(qiáng)度，使得漆膜易發(fā)脆裂開。

3）通過涂膜干燥時(shí)間測試可知，羥基含量大、酸價(jià)大的羥基丙烯酸樹脂，由于樹脂中的-OH基團(tuán)與-NCO基團(tuán)反應(yīng)速度快，加快了樹脂的固化交聯(lián)速度、干燥時(shí)間和凝膠速度。

[1] 中國產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告網(wǎng).2011-2015年中國固化劑市場分析與投資前景預(yù)測報(bào)，2011.