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

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）

高固體份丙烯酸涂料是隨著社會可持續(xù)發(fā)展需要和人們對環(huán)保日益重視逐步發(fā)展而來的。它以熱固性丙烯酸樹脂為基礎(chǔ)，通過對樹脂進(jìn)行改性、縮聚反應(yīng)和高固體樹脂合成工藝，可將固體含量（NV）為45% 55%，相對分子量在10000 20000 之間的熱固性丙烯酸樹脂，制備出固體含量（NV）為65% 80%，相對分子量可低至2000 的高固體份丙烯酸樹脂[1]。高固體份涂料具有固體含量高、VOC排放低、一次成膜厚、豐滿度高的特點(diǎn)。

長期以來，熱固性丙烯酸涂料的生產(chǎn)商大多使用固體含量（NV）為45% 55%的樹脂制作涂料，并憑借累積的經(jīng)驗(yàn)配制相應(yīng)的固化劑，但是當(dāng)樹脂的固體含量提升至65% 80%，涂料工作者應(yīng)該如何正確計算固化劑用量，如何正確調(diào)制高固體份樹脂與固化劑的最佳配比，本文將對此進(jìn)行研究。通過以相同羥基含量為1.09%，固體含量分別為50%普通羥基丙烯酸樹脂和70%高固含羥基丙烯酸樹脂為例進(jìn)行對比，同時結(jié)合固化劑用量計算與漆膜性能測試，分別用二甲苯和醋酸仲丁酯作為稀釋劑，將固體含量為50%和70%的樹脂稀釋調(diào)配至30%濃度時進(jìn)行樹脂黏度測試；分別用二甲苯和醋酸仲丁酯作為稀釋劑，將固體含量為50%和70%的樹脂稀釋調(diào)配至相同涂擦黏度為25s（涂-4 杯）進(jìn)行漆膜干燥厚度測試，以期了解和掌握相同羥基含量、不同固體份樹脂固化成膜和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%）、羥基1.09%的羥基丙烯酸樹脂；B.固體含量（NV）(70%±2%）、羥基1.09%的高固含羥基丙烯酸樹脂。拜耳固化劑（NCO%=16.5%）、二甲苯溶劑、醋酸仲丁酯溶劑。

1.2 檢測儀器

漆膜沖擊儀、漆膜附著力測試儀、漆膜彈性測定儀、涂-4 黏度計、漆膜厚度儀。

1.3 制備方法

取A 組100g 羥基丙烯酸樹脂，取B 組100g 高固含羥基丙烯酸樹脂，按A、B 組各自計算好的固化劑用量、稀釋劑適量調(diào)至混合均勻?yàn)橹?，分別涂刷在尺寸（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。

2 固化劑用量配比計算

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)見表1。

2.2 固化劑用量配比計算

固化劑用量配比按下面的公式進(jìn)行計算。

A、B 組各取100g 羥基丙烯酸樹脂的固化劑最佳用量和配比如表2 所示。

3 檢測結(jié)果

3.1 漆膜性能檢測

將相同羥基含量1.09%，固體含量分別為（50%±2%）和（70%±2%）的羥基丙烯酸樹脂與固化劑進(jìn)行配比時，漆膜性能與外觀測試如表3 所示。

3.2 樹脂黏度檢測

表1 A、B 組羥基丙烯酸樹脂技術(shù)指標(biāo)

表2 A、B 組羥基丙烯酸樹脂的固化劑用量和最佳配比

表3 A、B 組漆膜性能與外觀測試

二甲苯和醋酸仲丁酯溶劑技術(shù)指標(biāo)如表4 所示。

表4 二甲苯和醋酸仲丁酯技術(shù)指標(biāo)

分別用二甲苯和醋酸仲丁酯作為稀釋劑，將相同羥基含量1.09%，固體含量分別為50%和70%的羥基丙烯酸樹脂稀釋調(diào)至固體含量為30%的濃度時，通過涂-4 杯黏度測試［以通過涂-4 杯時間（s）的大小來表示］，結(jié)果見表5。

3.3 漆膜厚度檢測

分別用二甲苯溶劑和醋酸仲丁酯溶劑作為稀釋劑，將相同羥基含量1.09%，固體含量分別為50%和70%的羥基丙烯酸樹脂稀釋調(diào)至相同涂擦黏度為25s（涂-4 杯）時，漆膜實(shí)干厚度測試結(jié)果見表6。

表5 A、B 組樹脂稀釋調(diào)配至（NV）：30%濃度時的樹脂黏度測試（25℃）

表6 A、B 組樹脂稀釋調(diào)配至相同涂擦黏度時的漆膜干燥厚度測試(25℃)

4 結(jié)果與討論

常溫（25℃）下，影響相同羥基含量、不同固體含量的羥基丙烯酸樹脂固化成膜與漆膜性能的主要因素包括固體含量、溶劑、分子量大小。

4.1 固體含量對樹脂固化成膜與漆膜的影響

由表2 可知，固體含量越高時，固化劑用量越大，反之亦然；由表6 可知，固體含量分別為50%和70%的羥基丙烯酸樹脂調(diào)至相同涂擦黏度為25s（涂-4 杯）時，用二甲苯作為稀釋劑時，（NV）50%和（NV）70%漆膜干燥一遍厚度分別為14μm 和15μm，二遍厚度分別為30μm 和32μm；用醋酸仲丁酯作為稀釋劑時，（NV）50%和（NV）70%漆膜干燥一遍厚度分別為16μm 和17μm，二遍厚度分別為34μm 和37μm。通過對比，不管用二甲苯或醋酸仲丁酯作為稀釋劑時，（NV）70%高固含羥基丙烯酸樹脂的漆膜干燥一遍厚度和二遍厚度始終要比（NV）50%樹脂厚，這是因?yàn)楫?dāng)樹脂固體含量越高時，隨著溶劑的揮發(fā)，涂料中最終固化成膜的物質(zhì)所占的體積比值越高。

4.2 溶劑對樹脂固化成膜與漆膜的影響

4.2.1 溶解能力

丙烯酸樹脂由丙烯酸酯類或甲基丙烯酸酯類及其它烯屬單體共聚而成，樹脂中的酯類是中等極性的，而二甲苯極性較小。因此，相對于二甲苯溶劑，醋酸仲丁酯溶劑和羥基丙烯酸樹脂極性相似，根據(jù)極性相似相溶原則，丙烯酸樹脂容易和中等極性的醋酸仲丁酯進(jìn)行混溶[2]，所以醋酸仲丁酯具有較強(qiáng)的溶解能力，能有效地將樹脂乳液進(jìn)行溶解、稀釋和分散，有助于提高樹脂對顏料的混合、擴(kuò)散性和潤濕性，獲取良好的漆膜豐滿度和高光澤。

4.2.2 溶劑黏度

醋酸仲丁酯具有強(qiáng)于二甲苯的溶解能力，因此能將丙烯酸樹脂乳液的黏度調(diào)至很低。由表4 可知，醋酸仲丁酯黏度為0.023mPa·s（21.1℃）(溫度升高時黏度變得更小)，二甲苯為0.750 mPa·s（25.0℃），由于醋酸仲丁酯溶劑自身的黏度較低，從而有助于降低涂料的黏度。由表5 可知，分別用二甲苯溶劑和醋酸仲丁酯溶劑作為稀釋劑，將A、B 組羥基丙烯酸樹脂調(diào)至（NV）為30%的濃度時，醋酸仲丁酯調(diào)配的涂料溶液經(jīng)涂-4 杯測定所需時間為15.1s 或15.2s，而二甲苯需要17.5s 或17.6s，所需時間越短表示溶液的黏度越低，而黏度較低有助于獲取良好的漆膜流平性和流掛性，提高施工便利性和涂料貯存的穩(wěn)定性。

4.2.3 溶劑相對揮發(fā)速率

揮發(fā)通常分為“兩個階段”，第一階段，溶劑由液態(tài)表面逃逸，此階段溶劑揮發(fā)較快；第二階段，溶劑由涂膜內(nèi)表面向外表面逃逸，此階段溶劑揮發(fā)較慢。從環(huán)保的角度考慮，由表4 中“相對揮發(fā)速率和毒性表現(xiàn)”可知，相比醋酸仲丁酯，二甲苯相對揮發(fā)速率較慢，當(dāng)其處于溶劑揮發(fā)較慢的“第二階段”時，會導(dǎo)致涂料涂層中有毒有害物質(zhì)的殘留和污染較久，不利于涂料工作者和用戶使用，降低安全性和環(huán)保性。

4.3 分子量大小對樹脂固化成膜與漆膜的影響

對于固體含量（NV）50%羥基丙烯酸樹脂，當(dāng)分子量在10000 20000，相對較大時，大分子鏈加長使得自身移動減慢，黏度增大，導(dǎo)致樹脂對顏料的分散性和潤濕性較差，涂料在貯存中易出現(xiàn)絮凝狀，縮短涂料的保質(zhì)期。對于固體含量（NV）70%的高固含羥基丙烯酸樹脂，當(dāng)分子量相對較小低至2000，樹脂流動性好，黏度小利于施工，但會導(dǎo)致樹脂的耐水性和耐候性變差，影響涂料質(zhì)量。

5 結(jié)論

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

2）將二甲苯和醋酸仲丁酯作為稀釋劑，相同羥基含量1.09%，固體含量分別為（NV）50%和（NV）70%的羥基丙烯酸樹脂稀釋調(diào)配至（NV）30%的濃度時，通過涂-4 杯黏度測試可知，當(dāng)達(dá)到相同施工黏度時，相對于二甲苯，醋酸仲丁酯極性大、溶解力強(qiáng)、自身黏度低，有助于降低涂料溶液的黏度，提高漆膜流平性和流掛性，改善施工便利性。

3）將二甲苯溶劑和醋酸仲丁酯溶劑作為稀釋劑，將相同羥基含量1.09%，固體含量分別為（NV）50%和（NV）70%的羥基丙烯酸樹脂稀釋調(diào)配至相同涂擦黏度為25s（涂-4 杯）時，由漆膜實(shí)干厚度測試可知，樹脂固體含量越高時，相同涂布面積的漆膜厚度越厚，施工次數(shù)減少，施工效率提高。

[1] 劉登良.涂料工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：233.

[2] 玉淵，陸強(qiáng)，等.一種用于涂料的環(huán)保型酯類溶劑的制備與研究[J].化工技術(shù)與開發(fā)．2014(9)： 9-14.