高固含量水性丙烯酸樹脂的合成及其氨基烤漆的制備

熊 誠，陳 蘭（.江蘇三木集團有限公司，江蘇無錫 400；.江蘇科技信息網(wǎng)絡(luò)宜興分中心，江蘇無錫 400）

高固含量水性丙烯酸樹脂的合成及其氨基烤漆的制備

熊 誠1，陳 蘭2
（1.江蘇三木集團有限公司，江蘇無錫 214200；2.江蘇科技信息網(wǎng)絡(luò)宜興分中心，江蘇無錫 214200）

合成了高固含量水性丙烯酸樹脂并由其制得水性丙烯酸氨基烤漆，考察了引發(fā)劑用量、自制羥基丙烯酸單體用量、酸值以及玻璃化溫度對樹脂相對分子質(zhì)量、親水性以及漆膜性能的影響。結(jié)果表明：引發(fā)劑用量為3%，自制含羥基丙烯酸單體用量為20%，酸值60 mgKOH/g，玻璃化溫度為-15℃時，樹脂的親水性、漆膜綜合性能最佳。

丙烯酸樹脂；高固體分涂料；水性涂料；氨基烤漆

近年來，隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，以及許多國家相繼頒布了控制揮發(fā)性有機化合物（VOC）含量的環(huán)保法規(guī)，研究和開發(fā)環(huán)境友好型涂料及涂裝技術(shù)、降低涂料生產(chǎn)及施工過程中的VOC排放，已成為涂料和樹脂的研發(fā)熱點，高固體分涂料、水性涂料、粉末涂料、輻射固化涂料得到越來越廣泛的重視。其中高固體分涂料因其溶劑用量少，降低了污染；水性涂料因采用水和親水溶劑作為稀釋劑，可以減少VOC排放，因而成為涂料工業(yè)發(fā)展的重要方向和研究熱點。本研究綜合高固體分涂料和水性涂料的優(yōu)點，采用溶劑法合成高固含量、高親水性的水性丙烯酸樹脂，并用其配制水性丙烯酸氨基烤漆，從而達到大量減少涂料中VOC含量的目的［1］。

1 試驗部分

1.1 原材料

甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、苯乙烯、N-甲基二乙醇胺（DEMA）、過氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB）、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚，工業(yè)級，市售；含羥基丙烯酸單體，自制；氨基樹脂5747，三木集團。

1.2 水性丙烯酸樹脂的合成

在裝有攪拌器、冷凝器、溫度計和恒壓滴液漏斗的四口燒瓶中加入定量的水溶性乙二醇丁醚和丙二醇甲醚，升溫至回流后，再滴加溶解有引發(fā)劑的定量的丙烯酸單體混合物，約4~5 h滴加完畢。保持溫度，繼續(xù)反應2 h左右，再補加3份引發(fā)劑后，制得略帶淺黃色的透明黏稠液體，降溫至60℃左右，加入定量的胺中和劑，中和體系中酸值的90%，繼續(xù)攪拌0.5 h，以滴加的方式將定量的水加入到體系中，制得固含量為70%的水性丙烯酸樹脂［2］。高固含量水性丙烯酸樹脂的參考配方見表1。

1.3 涂料配制

將所得的水性丙烯酸樹脂和各種顏填料按比例投入配漆罐中，在砂磨機中研磨至細度達20 μm后，過濾，制得樹脂漿，再加入定量的氨基樹脂、水等配制成水性丙烯酸氨基烤漆。水性丙烯酸氨基烤漆的配方組成見表2。

表1 高固含量水性丙烯酸樹脂的參考配方Table 1 The formula of high solid content waterborne acrylic resin

表2 水性丙烯酸氨基烤漆的配方組成Table 2 The composition of waterborne acrylic amino baking paint

2 結(jié)果與討論

2.1 引發(fā)劑用量對樹脂相對分子質(zhì)量及其分布的影響

自由基聚合丙烯酸樹脂通常通過引發(fā)劑用量來控制聚合物的相對分子質(zhì)量。引發(fā)劑用量大，所產(chǎn)生的自由基量多，樹脂相對分子質(zhì)量小。本研究中，采用增加引發(fā)劑用量的方法來降低樹脂的相對分子質(zhì)量，以達到降低體系黏度、增加樹脂極性的目的。引發(fā)劑用量對樹脂相對分子質(zhì)量及其分布的影響見表3。

表3 引發(fā)劑用量對樹脂相對分子質(zhì)量及其分布的影響Table 3 The effect of the amount of initiator on relative molecular weight and its distribution

由表3可見：隨著引發(fā)劑用量的增加，樹脂的數(shù)均和質(zhì)均相對分子質(zhì)量均隨之下降，但是當引發(fā)劑用量增加到5%后，樹脂的相對分子質(zhì)量反而變大。這是因為引發(fā)劑在熱分解時容易發(fā)生誘導熱分解，其初級自由基容易奪取大分子鏈上的氫等原子或基團，進而在大分子鏈上引入支鏈，使聚合物相對分子質(zhì)量分布變寬，而且這種奪氫能力隨著溫度的升高而增強，當溫度升高時，初級自由基參與接枝反應的幾率增加，樹脂的相對分子質(zhì)量增大，相對分子質(zhì)量分布變寬。綜合以上考慮，選擇引發(fā)劑的用量為整個單體體系質(zhì)量的3%。

2.2 自制含羥基丙烯酸單體用量對樹脂黏度的影響

一般70%的高固含量丙烯酸樹脂黏度很大，配制的涂料施工性較差，為了獲得高固低黏的樹脂，配方體系中常常要加入鏈轉(zhuǎn)移劑。自制含羥基丙烯酸單體中含有叔羰基結(jié)構(gòu)，能夠降低樹脂的黏度，并且能夠給水性丙烯酸樹脂分子鏈上提供羥基，增加其親水性，其用量對樹脂黏度的影響見表4。

表4 自制含羥基丙烯酸單體用量對樹脂黏度的影響Table 4 The effect of the amount of self-made hydroxylacrylic monomer on viscosity of resin

由表4可見：如果不加入該單體，合成樹脂的黏度很大；加入10%該單體時，樹脂黏度有顯著下降；當其用量為20%時，樹脂黏度大幅下降，水溶性佳，繼續(xù)加入該單體，對黏度下降作用不明顯，且提高了成本，因此，自制含羥基丙烯酸單體用量以20%為宜［3］。

2.3 酸值對樹脂水溶性的影響

含有羧基單體并中和成鹽是實現(xiàn)丙烯酸樹脂水溶性的必要條件。一般羧基單體用量越多，丙烯酸樹脂越容易溶解于水，但羧基量太多，又會引起涂膜耐水性、耐堿性變差，所以，羧基的引入量還必須在滿足水溶性的前提下加以控制。研究不同酸值對樹脂水溶性的影響，結(jié)果見表5。

表5 酸值對樹脂水溶性的影響Table 5 The effect of acid value on water solubility of resin

由表5可見：當體系酸值為15 mgKOH/g時，樹脂水溶性差，需要長時間攪拌才能溶解在水中；當體系酸值為30~45 mgKOH/g時，樹脂水溶性較好，但是溶解在水中有乳光；當體系酸值為60 mgKOH/g時，樹脂完全水溶，溶液清澈透明。因此本試驗選擇體系酸值為60 mgKOH/g［4］。

2.4 樹脂玻璃化溫度對漆膜性能的影響

樹脂玻璃化溫度對漆膜性能的影響見表6。

表6 樹脂玻璃化溫度對漆膜性能的影響Table 6 The effect of glass transition temperature of resin on the properties of film

由表6可見：隨著樹脂玻璃化溫度的降低，漆膜的耐沖擊性能得到改善，但樹脂玻璃化溫度過低，對漆膜硬度有所影響。綜合考慮，樹脂玻璃化溫度以-15℃為宜。

3 結(jié)語

合成了高固含量水性丙烯酸樹脂，并由其制得水性丙烯酸氨基烤漆，試驗結(jié)果表明：當引發(fā)劑用量為3%，自制含羥基丙烯酸單體用量為20%，樹脂酸值在60 mgKOH/g，玻璃化溫度為-15℃時，樹脂的親水性、漆膜的綜合性能最佳。

1 張建新，胡愛瓊.高光澤水性丙烯酸氨基烤漆的研制［J］.中國涂料，2010，25（11）：49-52.

2 陶金鑄，包春磊，王煉石，等.金屬閃光涂料用水性丙烯酸樹脂的合成及性能［J］. 熱固性樹脂，2008，23（2）：28-32.

3 潘紅霞，俞劍峰.卷材涂料用水性丙烯酸樹脂的制備及其性能研究［J］.上海涂料，2010，48（8）：20-23.

4 閆福安，官文超.水性丙烯酸樹脂的合成及其氨基烘漆研制［J］.武漢化工學院學報，2003，25（2）：6-8.

Synthesis of High Solid Content Waterborne Acrylic Resin and Preparation of Its Amino Baking Paint

Xiong Cheng1，Chen Lan2
（1.Jiangsu Sanmu Chemical Co.，Ltd.，Wuxi Jiangsu，214200，China；2.Jiangsu Science and Technology Information Network Yixing Branch Center，Wuxi Jiangsu，214200，China）

A high solid content waterborne acrylic resin was synthesized and waterborne acrylic amino baking paint was prepared therefrom. The effects of the amount of initiator and self-made hydroxyacrylic monomer，acid value and glass transition temperature of resin on the relative molecular weight，hydrophilicity of resin and properties of the film were investigated. The results showed that when the initiator amount was 3%，self-made hydroxyacrylic monomer amount was 20%，acid value was 60 mgKOH/g，Tg was -15℃，the hydrophilicity of resin and comprehensive properties of film were the best.

acrylic resin；high solid content coatings；waterborne coatings；amino baking paint

TQ 630.7

A

1009-1696（2017）03-0008-03

2016-12-07

熊誠（1982—），男，碩士，研發(fā)工程師，主要從事涂料用樹脂合成方面的研究。