一種建筑環(huán)保熱固性丙烯酸涂料及其制備方法

玉 淵，陸 強(qiáng)，林合興，趙文斐，玉寧佳（.南寧市金雙龍涂料有限公司，廣西 南寧 530007；.南寧振寧開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 5300）

一種建筑環(huán)保熱固性丙烯酸涂料及其制備方法

玉 淵1，陸 強(qiáng)2，林合興2，趙文斐2，玉寧佳1
（1.南寧市金雙龍涂料有限公司，廣西 南寧 530007；2.南寧振寧開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530022）

以高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂為基料，將醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯配制成混合酯類(lèi)溶劑作為真溶劑，乙酸-2-乙基丁酯作為慢干劑，并用混合酯類(lèi)溶劑對(duì)顏填料進(jìn)行預(yù)浸泡，制備了一種建筑環(huán)保熱固性丙烯酸涂料。使用BYK助劑對(duì)漆膜進(jìn)行改善與調(diào)節(jié)，施工涂裝時(shí)加入固化劑。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，這種建筑環(huán)保熱固性丙烯酸涂料具有良好的漆膜質(zhì)量，漆膜“硬而韌”，一次成膜厚，施工效率高，溶劑用量少，VOC釋放少，同時(shí)，涂料和溶劑具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)，適宜在建筑墻體、屋面、鋼架結(jié)構(gòu)涂覆上應(yīng)用。

高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂；熱固性丙烯酸涂料；混合酯類(lèi)溶劑；建筑環(huán)保

溶劑型涂料是以有機(jī)溶劑為分散介質(zhì)制成的涂料，具有高裝飾性，可以在苛刻環(huán)境中施工，應(yīng)用范圍廣，耐化學(xué)性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)。根據(jù)2015年美國(guó)Grand View Research公司發(fā)布的新版全球工業(yè)涂料市場(chǎng)分析報(bào)告，溶劑型產(chǎn)品仍占全球工業(yè)涂料總量的75%以上。然而，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和能源緊缺的日益重視，國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的涂料生產(chǎn)，同時(shí)，鼓勵(lì)用酯類(lèi)溶劑替代二甲苯類(lèi)溶劑如涂料溶劑、涂料稀釋劑等［2-4］。為此，我們以高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）為基料，將醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯配制成混合酯類(lèi)溶劑作為真溶劑，乙酸-2-乙基丁酯作慢干劑，并用混合酯類(lèi)溶劑對(duì)顏填料進(jìn)行預(yù)浸泡，研究和制備了一種建筑環(huán)保熱固性丙烯酸涂料。使用BYK助劑對(duì)漆膜進(jìn)行改善與調(diào)節(jié)，制漆時(shí)加入固化劑（含-NCO基團(tuán)）。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，檢驗(yàn)這種熱固性丙烯酸涂料的漆膜性能，并分析其環(huán)保性。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料

高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）（合成樹(shù)脂為不含芳香烴溶劑制成）、熱固性丙烯酸樹(shù)脂（NV：50%）、醋酸仲丁酯、碳酸二甲酯、乙酸-2-乙基丁酯、二氧化鈦、滑石粉、二氧化硅、BYK助劑（潤(rùn)濕分散劑、流平劑、防沉劑）、固化劑、二甲苯（上述材料均為工業(yè)級(jí)）。

1.2 檢測(cè)儀器

涂料耐洗刷測(cè)定儀、漆膜沖擊儀、漆膜附著力測(cè)試儀、漆膜彈性測(cè)定儀、涂-4黏度計(jì)、漆膜厚度儀。

1.3 制備工藝與設(shè)計(jì)

首先，將計(jì)量好的醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯攪拌成混合酯類(lèi)溶劑作為真溶劑使用；其次，提取部分混合酯類(lèi)溶劑倒入二氧化鈦、滑石粉與二氧化硅中，低速攪拌并浸泡1h；再次，將高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）、混合酯類(lèi)溶劑、乙酸-2-乙基丁酯、BYK助劑經(jīng)高速分散機(jī)分散，時(shí)間0.25h。將浸泡潤(rùn)濕過(guò)的顏填料緩慢注入上述材料中進(jìn)行低速攪拌與分散，時(shí)間0.25h。最后，經(jīng)研磨機(jī)低速研磨3遍，即可制成建筑環(huán)保熱固性丙烯酸涂料。制漆使用時(shí)需加入固化劑。

1.4 實(shí)驗(yàn)配方與方法

熱固性丙烯酸樹(shù)脂（NV：50%）分別以混合酯類(lèi)、二甲苯作稀釋劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)配方見(jiàn)表1。熱固性丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）分別以混合酯類(lèi)、二甲苯作稀釋劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)配方見(jiàn)表2。4組制漆實(shí)驗(yàn)，均是將A組分漆液與B組分固化劑調(diào)制混合均勻后，分別涂刷在尺寸（長(zhǎng)×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。

表1　熱固性丙烯酸樹(shù)脂（NV：50%）分別以混合酯類(lèi)、二甲苯作稀釋劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 漆膜外觀(guān)與性能測(cè)試對(duì)比

分別將配方①、②中的A組分漆液與B組分固化劑調(diào)制混合均勻后，進(jìn)行漆膜外觀(guān)與性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表3。

分別將配方③、④中的A組分漆液與B組分固化劑調(diào)制混合均勻后，進(jìn)行漆膜外觀(guān)與性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表4。

表2　熱固性丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）分別以混合酯類(lèi)、二甲苯作稀釋劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

2.2 樹(shù)脂稀釋至相同涂擦黏度的溶劑用量與厚度對(duì)比分別用混合酯類(lèi)和二甲苯作為稀釋劑，將相同的100g熱固性丙烯酸樹(shù)脂（NV：50%）稀釋調(diào)至涂擦黏度為25s（涂-4杯）時(shí)，兩種稀釋劑用量與厚度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表3　樹(shù)脂NV：50%的配方①、②漆膜外觀(guān)與性能測(cè)試（25℃）

表4　樹(shù)脂NV：70%配方③、④漆膜外觀(guān)與性能測(cè)試（25℃）

表5　相同100g 的NV：50%樹(shù)脂稀釋調(diào)配至相同涂擦黏度為25s時(shí)兩種稀釋劑用量測(cè)試（25℃）

分別用混合酯類(lèi)和二甲苯作為稀釋劑，將相同的100g高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）稀釋調(diào)至涂擦黏度為25s（涂-4杯）時(shí)，兩種稀釋劑用量與厚度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

表6　相同100g的NV：70%樹(shù)脂稀釋調(diào)配至相同涂擦黏度為25s時(shí)兩種稀釋劑用量測(cè)試（25℃）

3　結(jié)果與討論

3.1 樹(shù)脂的影響

3.1.1 樹(shù)脂的羥基含量

由表3和表4的漆膜外觀(guān)與性能測(cè)試對(duì)比可知，4組配方漆液的漆膜均表現(xiàn)出溶劑型涂料的典型特點(diǎn)，具有較好的豐滿(mǎn)度、耐水性、耐堿性、耐洗刷性、硬度、沖擊強(qiáng)度、附著力和柔韌性，說(shuō)明混合酯類(lèi)溶劑完全可以替代二甲苯溶劑作稀釋劑。當(dāng)使用相同的溶劑時(shí)，基料為高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）的漆液與樹(shù)脂（NV：50%）的漆液相比，其耐洗刷性和硬度更優(yōu)。因?yàn)椋旱谝?，熱固性丙烯酸?shù)脂（NV：50%）和高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）都含-OH基團(tuán)，都能與固化劑中的-NCO基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使漆膜具有較好的耐水性、耐堿性、硬度、沖擊強(qiáng)度、附著力和柔韌性；第二，由于高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）在合成時(shí)，加大了羥基單體（-OH）的含量，可在2.6%～4.7%之間，并且羥基含量的增大還提高了樹(shù)脂的極性，使得它在與固化劑反應(yīng)時(shí)，其交聯(lián)密度和機(jī)械性能高于熱固性丙烯酸樹(shù)脂（NV：50%），所以漆膜耐洗刷性和硬度也略高于熱固性丙烯酸樹(shù)脂（NV：50%）。由上述分析可知，用高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）制成的涂料，具有良好的漆膜質(zhì)量，并且漆膜具有“硬而韌”的更佳性能表現(xiàn)。

3.1.2 樹(shù)脂的固體含量

由表5和表6可知，將熱固性丙烯酸樹(shù)脂（NV： 50%）和高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）調(diào)至相同涂擦黏度為25s（涂-4杯）時(shí)，第一，用混合酯類(lèi)溶劑作稀釋劑時(shí)，NV 50%和NV 70%的2遍干燥厚度分別為34μm和38μm，二者比值為1∶1.18；第二，用二甲苯溶劑作稀釋劑時(shí)，NV 50%和NV 70%的2遍干燥厚度分別為30μm和32μm，二者比值為1∶1.07，表明高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）2遍干燥厚度比熱固性丙烯酸樹(shù)脂（NV：50%）要厚，說(shuō)明隨著樹(shù)脂固體含量的提高，涂料中有效成膜物體積提高，涂膜變厚，有助于獲取較高的施工效率。

此外，由于高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）的固體含量是熱固性丙烯酸樹(shù)脂（NV：50%）的1.4倍，因而樹(shù)脂體系中的溶劑含量相對(duì)減少20%，既降低了溶劑的使用量，也降低了VOC的釋放。同時(shí)，由于選用的是不含芳香烴溶劑制成的高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%），極大提高了樹(shù)脂使用的環(huán)保性和安全性。

3.2 溶劑的影響

3.2.1 溶劑的溶解力

綜合表1和表2樹(shù)脂與稀釋劑的實(shí)驗(yàn)配方、表3和表4樹(shù)脂的漆膜外觀(guān)與性能測(cè)試對(duì)比、表5和表6涂裝階段的溶劑用量對(duì)比可知，用混合酯類(lèi)溶劑溶解樹(shù)脂與稀釋涂料，涂料施工涂裝的綜合表現(xiàn)性能均能達(dá)到以二甲苯為溶劑時(shí)的效果，并且混合酯類(lèi)溶劑用量相對(duì)較少，這是因?yàn)椋?/p>

1）溶解度參數(shù)相似或相近。丙烯酸樹(shù)脂溶解度參數(shù)為8.9～9.5 （cal·cm-3）1/2，當(dāng)用醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯作真溶劑計(jì)算時(shí)，混合酯類(lèi)溶劑溶解度參數(shù)為9.3 （cal·cm-3）1/2，為相似或相等；而二甲苯的溶解度參數(shù)為8.8 （cal·cm-3）1/2，也非常相近。與樹(shù)脂溶解度參數(shù)相近的溶劑，其分子間的相互作用力相似，易混溶或互溶。所以，混合酯類(lèi)溶劑和二甲苯都是丙烯酸樹(shù)脂的最佳溶劑?；蛘哒f(shuō)，混合酯類(lèi)溶劑可以替代二甲苯溶劑進(jìn)行丙烯酸樹(shù)脂涂料的制備和生產(chǎn)。

2）溶解力。當(dāng)溶劑對(duì)丙烯酸樹(shù)脂的溶解力較強(qiáng)時(shí)，則有助于樹(shù)脂的充分溶解，并且降低樹(shù)脂與顏填料之間的界面張力，從而提高樹(shù)脂對(duì)顏填料的潤(rùn)濕性和包裹性，獲取較低的樹(shù)脂黏度與涂料黏度，提高流動(dòng)性和流平性，便于施工涂裝。在制漆階段，由表1和表2可知，樹(shù)脂（NV：50%）和樹(shù)脂（NV：70%）的實(shí)驗(yàn)配方中，稀釋劑二甲苯比混合酯類(lèi)溶劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)都要大；由表5和表6可知，在施工涂裝階段，將相同100g的樹(shù)脂（NV：50%）和樹(shù)脂（NV：70%）稀釋分別調(diào)至涂擦黏度為25s（涂-4杯）時(shí)，稀釋劑二甲苯比混合酯類(lèi)溶劑用量分別多20% 和28%，說(shuō)明二甲苯溶劑對(duì)丙烯酸樹(shù)脂的溶解力比混合酯類(lèi)溶劑相對(duì)較低，只能通過(guò)加大溶劑用量進(jìn)行稀釋。利用混合酯類(lèi)溶劑替代二甲苯作稀釋劑則可以降低溶劑用量，減少VOC的釋放。

3.2.2 溶劑的毒理性和危害性

醋酸仲丁酯是一種毒性小、殘留少的環(huán)保溶劑；碳酸二甲酯是一種無(wú)毒環(huán)保溶劑，可用于涂料工業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)；乙酸-2-乙基丁酯也是一種毒性較小，并適合漆用的高沸點(diǎn)溶劑。

3.2.3 溶劑的揮發(fā)速率

醋酸仲丁酯具有中等揮發(fā)速率，而碳酸二甲酯具有較高的揮發(fā)速率，加入低揮發(fā)速率的乙酸-2-乙基丁酯作慢干劑，有助于調(diào)節(jié)涂層干燥速度，獲取較好的漆膜狀態(tài)與性能。

3.3 顏填料的影響

為了降低顏填料對(duì)高固體分涂料帶來(lái)的黏度高的影響，在制備前先將混合酯類(lèi)溶劑對(duì)二氧化鈦、滑石粉和二氧化硅進(jìn)行浸泡，有助于提高潤(rùn)濕性和分散性。同時(shí)，將顏填料注入樹(shù)脂時(shí)，應(yīng)采取緩慢加入、低速攪拌和分散的方式，以提高樹(shù)脂對(duì)顏填料的包裹，并能較好地降低涂料黏度高的影響。

3.4 助劑的影響

使用BYK助劑，包括潤(rùn)濕分散劑、流平劑和防沉劑，能進(jìn)一步提高顏填料與樹(shù)脂的混溶性，降低涂料黏度，改善漆膜的縮孔弊病和涂料流掛性，提高涂料貯存穩(wěn)定性。

4　結(jié)論

1）高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%）比樹(shù)脂（NV：50%）的溶劑含量相對(duì)減少20%，且高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂制備的涂料具有漆膜“硬而韌”、成膜厚、施工效率高的顯著優(yōu)點(diǎn)，適宜在建筑墻體、屋面、鋼架結(jié)構(gòu)涂覆上應(yīng)用。同時(shí)，還可以通過(guò)選用不含芳香烴溶劑制成的高固體分羥基丙烯酸樹(shù)脂（NV：70%），從生產(chǎn)制備的源頭杜絕任何含有芳香烴材料的使用。

2）醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯配制成的混合酯類(lèi)溶劑，可以替代二甲苯溶劑進(jìn)行涂料生產(chǎn)制備和施工涂裝，不僅涂料漆膜外觀(guān)和性能均達(dá)到溶劑型外墻涂料的產(chǎn)品指標(biāo)，而且將相同數(shù)量的樹(shù)脂調(diào)節(jié)到同等施工條件（涂擦黏度）時(shí)，使用混合酯類(lèi)溶劑的溶劑用量更少，從而較好地降低了VOC的釋放量。醋酸仲丁酯、碳酸二甲酯和乙酸-2-乙基丁酯是屬于低毒、環(huán)保的溶劑，可進(jìn)一步提高涂料使用的環(huán)保性和安全性。

［1］ 《涂料技術(shù)與文摘》編輯部：行業(yè)快訊［J］.涂料技術(shù)與文摘，2015（4）：53.

［2］ http://www.gov.cn/flfg/2011-04/26/content_1852729.htm［EB/ OL］.2011-03-27.

［3］ http://www.gov.cn/gongbao/content/2013/content_2404709.htm ［EB/OL］.2013-02-16.

［4］ http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n12845605/n13916928/15123268.html［EB/OL］.2012-12-27.

Preparation of Architectural and Environmental Thermosetting Acrylic Coating

YU Yuan1， LU Qiang2， LIN He-xing2，ZHAO Wen-fei2， YU Ning-jia1
（1.Nanning Golden Double Dragons Paint Co. Ltd.， Nanning 530004， China； 2.Nanning Zhenning Development Co. Ltd.，Nanning 530022 ， China）

s： One kind of architectural and enrvironmental thermosetting acrylic coatings was prepared with mixed solvent of sec-butyl acetate and dimethyl carbonate， and slow drying agent 2-ethyl butyl acetate. The pigment and filler were pre-soak by mixed solvents. The film was improved and adjusted with BYK auxiliaries. The curing agent was added at the time of construction painting. After the experiment test， it was found that this architectural and environmental thermosetting acrylic coatings had good film quality， hardness and toughness， film thickness and high construction efficiency， and was very suitable for building wall， roofing and stell structure.

high solids hydroxyl resins； thermosetting acrylic coatings； mixed ester solvent； architectural and environmental

TQ 637.6

A

1671-9905（2016）07-0025-04

玉淵，男，廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)，高級(jí)工程師，廣西化工類(lèi)專(zhuān)家?guī)烊瞬牛Ｄ陱氖禄?、涂料、合成?shù)脂、溶劑、油墨研究工作，E-mail：yyprincer8@163.com

2016-05-09