一種氮系聚酯改性丙烯酸功能涂料的研制

陳國咨，陳中華，張　鴻

(1 廣州化工集團有限公司，廣東　廣州　510055；2 華南理工大學，廣東　廣州　510641；3 廣州集泰化工股份有限公司，廣東　廣州　510000)

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一種氮系聚酯改性丙烯酸功能涂料的研制

陳國咨1，陳中華2，張鴻3

(1 廣州化工集團有限公司，廣東廣州510055；2 華南理工大學，廣東廣州510641；3 廣州集泰化工股份有限公司，廣東廣州510000)

以自制氮系聚酯改性丙烯酸樹脂為成膜物質(zhì)，氨基樹脂為交聯(lián)劑，制備出一種對各種金屬基材附著良好的聚酯改性丙烯酸功能涂料。對影響涂料性能的一些因素，如氨基樹脂種類和配比，以及各種助劑如分散劑、流平劑、流變助劑、有機溶劑等進行了研究。結(jié)果表明，選擇582氨基樹脂作為交聯(lián)劑，當丙烯酸樹脂與氨基樹脂二者配比在3:1左右時，漆膜的性能優(yōu)異。選用0.5%～1% BYK的一種分散劑，當兩種流平劑配合使用，選用0.5%～1.5%的一種聚酰胺蠟作為流變助劑，稀釋劑采用冬夏兩種配方時，涂料綜合性能最佳。

聚酯改性丙烯酸樹脂；氨基樹脂；附著力

隨著人們生活水平的不斷提高和審美意識的增強，輕工產(chǎn)品、車輛、戶外大型建筑物以及大型建筑幕墻、鋼鐵橋梁、海洋設(shè)施等涂裝行業(yè)對金屬表面用涂料的質(zhì)量要求越來越高。氨基丙烯酸涂料是丙烯酸類涂料的主要產(chǎn)品之一，是發(fā)展很快的熱固型涂料品種，使用面廣，生產(chǎn)量大，在熱固型涂料中占有主要地位[1]。它具有許多涂料所不及的優(yōu)點:其漆膜堅硬、光亮、保光保色性好，耐候性佳，耐熱性好，耐化學腐蝕性穩(wěn)定，是綜合性能優(yōu)異的一種高裝飾性功能涂料。

但丙烯酸酯類涂料也存在豐滿度差、對某些底材附著力不好等缺點。本文針對丙烯酸涂料在各種類型的板材上的附著問題，通過自制氮系改性丙烯酸樹脂[2]與氨基樹脂復配，再利用各類助劑的調(diào)配，獲得了漆膜豐滿、附著力高、綜合性能好的高性能丙烯酸涂料。從而從根本上解決了對各種金屬板材如鋁合金、鍍鋅板、馬口鐵板、不銹鋼板、電鍍件、拋光件及其它有色金屬表面的附著問題，開闊了該涂料的使用領(lǐng)域。

1　實　驗

1.1實驗原料

氮系改性丙烯酸樹脂，自制；582氨基樹脂，上海新華樹脂廠；R-717、R-747氨基樹脂，首諾；702氨基樹脂，自制；丙烯酸類流平劑、有機硅類流平劑，迪高；消泡劑，德國BYK；鈦白粉，美國杜邦；有機膨潤土，海明斯；聚酰胺蠟，帝斯巴??；溶劑，市售。

1.2儀器和設(shè)備

VFS-230高速分散機，上海上微金麗電機有限公司；SK-2立式砂磨機，江蘇武進市八方機械廠；303A-2電熱鼓風干燥箱，上海浦東榮豐科學儀器有限公司；涂-4黏度杯、刮板細度計，天津材料試驗機廠；QCJ型漆膜沖擊器、QTX型漆膜柔韌性測定器、QFH型漆膜劃格器、鉛筆硬度實驗儀，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司。

1.3涂料基本配方

涂料基本配方見表1。

表1　涂料基本配方

1.4涂料制備

按配方量依次加入氮系改性丙烯酸樹脂、部分助劑及鈦白粉攪拌均勻，轉(zhuǎn)入砂磨機研磨至細度小于20μM，再加入氨基樹脂、其余助劑混合均勻，最后用稀釋劑調(diào)整涂料黏度到合適范圍，過濾、包裝。

1.5性能測試

將涂料用稀釋劑稀釋到黏度為20～25 s(涂-4杯)，空氣噴涂，底材為已用600目砂紙打磨好的普通冷軋鋼板，流平10 min 后放入120℃烘箱烘烤1 h后測試性能，結(jié)果見表2。

表2　性能測試方法

2　結(jié)果與討論

2.1氨基樹脂的種類及配比選擇

2.1.1氨基樹脂的種類的選擇

氨基樹脂將影響到涂料的烘烤溫度、烘烤時間及最終涂膜的性能。我們對比了不同類型的氨基樹脂，測試了氨基樹脂種類對漆膜性能的影響。

表3　氨基樹脂種類對漆膜性能的影響

R747性能較好但烘溫較高，R717硬度高，但偏脆，582和702綜合性能適中。由于用戶一般都比較喜歡低溫快干型的產(chǎn)品，而且考慮到成本，因而我們選擇582氨基樹脂作為交聯(lián)劑。

2.1.2氨基樹脂的配比的選擇

與丙烯酸樹脂拼合的氨基樹脂需要有一定的配比，使交聯(lián)固化后達到較高的交聯(lián)密度。丙烯酸樹脂與氨基樹脂的配比不同，所得的漆膜性能也有所不同，試驗表明，二者配比在(3:1)～(4:1)之間，漆膜有較好的綜合性能。不同配比的氨基樹脂漆膜性能對比見表4。

表4　不同配比對氨基樹脂漆膜性能的影響

實驗結(jié)果表明，當氨基樹脂用量較大時，漆膜硬度增加，沖擊強度、柔韌性、附著力均有所下降，當氨基樹脂用量較小時，漆膜硬度下降，沖擊強度、柔韌性、附著力均有所增加，當丙烯酸樹脂與氨基樹脂二者配比在3:1左右時，漆膜的綜合性能較好。

2.2助劑的選擇

在涂料配方中，助劑的選用非常重要，助劑選用的好壞，直接影響到最終的漆膜性能。在本研究中，主要探討了各類分散劑、流平劑、消泡劑、流變助劑等的性能以及它們在配方中的作用[3]。

2.2.1分散劑的選擇

分散劑的作用主要是提高基料樹脂對各類顏填料的潤濕性能，使它們能充分鋪展，減少它們之間的絮凝和團聚，以達到均勻穩(wěn)定的分散效果，充分發(fā)揮各種顏填料的作用，選擇了BYK、CFC和德謙公司的分散劑進行比較，用分散機快速分散。

表5　不同分散劑對漆膜性能的影響

加入分散劑后研磨速度、儲存穩(wěn)定性均有明顯改善，因此我們選用了BYK的一種分散劑，效果較好，用量為0.5%～1%。

2.2.2流平劑的選擇

丙烯酸涂料在施工中常出現(xiàn)流平不好，橘皮等問題。由于高附著力丙烯酸涂料中所用樹脂和溶劑的極性比一般常規(guī)涂料大，與雜質(zhì)顆粒的表面張力相差就更大，在有顆粒存在時，其周圍產(chǎn)生的表面張力差更易導致橘皮的產(chǎn)生。因此要在涂料中加入流平劑。流平劑一般是利用與涂料體系的一種可控制的不相容來降低涂料體系的表面張力，促使漆膜流平，消除漆膜的表面缺陷[4]。常用的流平劑有2種，丙烯酸類流平劑和有機硅類流平劑。本試驗中這2種流平劑都有采用，其中的丙烯酸類流平劑可以降低漆霧敏感性，適用于高質(zhì)量的工業(yè)色漆和清漆，與大多數(shù)成膜物混容性優(yōu)異，在清漆中不會引起渾濁，在色漆中不會產(chǎn)生霧影；有機硅類流平劑則可以增進表面滑爽，防止貝納德旋窩，改進流平和增加光澤，給予防粘連性質(zhì)，降低表面張力，并因而提供更好的底材潤濕功能。它們對涂料性能的影響見表6。

表6　流平劑對涂料性能的影響

從表6可以看出，單一的流平劑很難達到理想的流平效果，當兩種流平劑配合使用時，能起到協(xié)同增效作用，達到較好的流平效果，同時漆膜的光澤也有所提高。經(jīng)多次試驗，當丙烯酸類流平劑添加量為0.4%，有機硅類流平劑添加量為0.1%時，涂料的流平效果最佳。

2.2.3流變助劑的選擇

表7　流變助劑對涂料性能的影響

流變助劑主要是考察防沉、防流掛和增稠的效果。在鋁粉和厚漿型涂料體系必須使用，我們選用了一種聚酰胺蠟作為流變助劑，既可用于鋁粉的定向排列，又可提供在無空氣噴涂時涂料的防沉及垂直立面施工時防流掛性能，用量為0.5%～1.5%。表7提供了兩種流變助劑制漆后的性能對比。

2.2.4有機溶劑的影響

聚酯改性丙烯酸樹脂涂料在施工時需加入稀釋劑，它由多種有機溶劑配制而成。選擇溶劑時要注意以下幾點：①所用的溶劑里不能含水。②要求既能保持涂料施工時有較高的固體含量，又能降低涂料的黏度。經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，在降低涂料黏度及提高固體含量方面，酮類溶劑優(yōu)于酯類溶劑和烴類溶劑，因此應(yīng)多用酮酯類溶劑，烴類溶劑適當采用。③要平衡下列各項要求：揮發(fā)速率適中、流平性好、無縮孔、無起泡等。④一年四季氣溫相差較大，夏季氣溫高時，溶劑的揮發(fā)速率大大加快，使漆膜的表干時間縮短，流平性能變差，導致漆膜產(chǎn)生許多表面缺陷，如橘皮、針孔等，因此應(yīng)選用揮發(fā)速率較慢的溶劑，以減少漆膜的表面缺陷，相反冬季氣溫低時，應(yīng)選用揮發(fā)速率較快的溶劑，春秋季作適當調(diào)整。綜合以上幾點，通過試驗得出較好的聚酯改性丙烯酸樹脂涂料用稀釋劑配方，結(jié)果見表8。

表8　稀釋劑參考配方

2.3氮系聚酯改性丙烯酸功能涂料的綜合性能

表9　白色氮系聚酯改性丙烯酸漆的綜合性能

將最終制備的氮系聚酯改性丙烯酸樹脂功能涂料，按照相應(yīng)要求制板測試，其綜合性能見表9。

測試結(jié)果表明，本研究制備的氮系聚酯改性丙烯酸樹脂，除了保留了傳統(tǒng)的丙烯酸樹脂涂料的物理機械性能以及耐水耐溶劑等性能外，還克服了傳統(tǒng)的丙烯酸樹脂涂料對底材的適用性較為單一且附著力較差的難題，在不需要外加附著力促進劑的前提下，樹脂具有本身對底材的適用性更廣，且附著力優(yōu)異的優(yōu)點，達到了預(yù)期設(shè)計目標，應(yīng)用前景廣闊。

3　結(jié)　論

(1)選擇582氨基樹脂作為交聯(lián)劑，當丙烯酸樹脂與氨基樹脂二者配比在3:1左右時，漆膜的性能最優(yōu)。

(2)選用0.5%～1% BYK的一種分散劑，當丙烯酸和有機硅類兩種流平劑配合使用，選用0.5～1.5%的一種聚酰胺蠟作為流變助劑，稀釋劑采用冬夏兩種配方時，涂料綜合性能最佳。

(3)本文制備的聚酯改性丙烯酸功能涂料，不需要外加附著力促進劑，在各類基材上附著力優(yōu)異，應(yīng)用前景廣闊。

[1]李靖靖,岳福興,高廣穎,等.氨基丙烯酸樹脂及涂料研究[J].中州大學學報,2000(4):81-83.

[2]謝志剛,江燕紅,周樂奮,等.高附著力丙烯酸樹脂的研制[J].涂料工業(yè),2005,35(7):30-33.

[3]耿星.現(xiàn)代水性涂料助劑手冊[M].北京:中國石化出版社，2007：1.

[4]沈球旺,劉忠,周榮華.高固體分丙烯酸改性聚氨酯涂料的研制[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2009,12(9):14-18.

Preparation of A Kind of Nitrogenated Polyester Modified Acrylic Functional Coating

CHEN Guo-zi1,CHEN Zhong-hua2,ZHANG Hong3

(1 Guangzhou Chemical Industrial Group Co.,Ltd.,Guangdong Guangzhou 510055; 2 South China University of Technology,Guangdong Guangzhou 510641; 3 Guangzhou Jointas Chemical Co.,Ltd.,Guangdong Guangzhou 510000,China)

A kind of polyester modified acrylic functional coating with good adhesion to various metal substrates was prepared,used self made nitrogenated polyester modified acrylic resin as the main film-forming material and the amino resin as cross-linking agent.Moreover,the factors which had influenced the coatings were analyzed,such as amino resin type and ratio,dispersing agent,leveling agent,rheological agent,and organic solvent.The results showed that when choosing amino resin 582 as the crosslinking agent and the ratio of acrylic resin and amino resin was 3:1,the performances of the coatings was excellent.When the usage of a kind of BYK dispersant was 0.5%～1%,and two kinds of leveling agents were cooperated to use,using 0.5%～1.5% polyamide wax as rheological agent,diluent contain the winter and summer formulation,the comprehensive performances of coatings was the best.

polyester modified acrylic resin; amino resin; adhesion

陳國咨(1963-)，男，化工工藝工程師，研究方向：工業(yè)涂料。

A

1001-9677(2016)011-0139-04