水溶性環(huán)氧改性厚漿中間涂料的研制

郝良剛，王承偉 （隴嘉化工科技有限公司，甘肅蘭州 730059）

0 引言

經(jīng)過(guò)二十余年的發(fā)展，我國(guó)已成為涂料生產(chǎn)大國(guó)，同時(shí)也是重要的涂料消費(fèi)大國(guó)。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，2017年1~6月全國(guó)規(guī)模以上企業(yè)涂料產(chǎn)量累計(jì)964.1萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)了10.5%。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的高度重視和相關(guān)環(huán)保政策的不斷出臺(tái)，涂料行業(yè)經(jīng)歷了史上最嚴(yán)環(huán)保法，多地已禁止使用溶劑型涂料，大力推廣環(huán)境友好型涂料。水性涂料作為具有良好性能的環(huán)保材料，已經(jīng)在涂料領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

本研究采用自制的環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù)脂作為主要成膜物質(zhì)，加入顏填料及特殊金屬氧化物以及多種特殊助劑，制得厚漿型中間涂料，它結(jié)合了水性環(huán)氧樹(shù)脂和丙烯酸樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)揮良好防腐性能的基礎(chǔ)上，其附著力、硬度與相應(yīng)的溶劑型涂料相比，均有所提高，增加了耐酸堿性和疏油疏水性能。它具有良好的機(jī)械性能、層間附著力和配套性。另外由于該涂料VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）含量極低，屬于環(huán)保型涂料品種。又由于其施工簡(jiǎn)便，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

水性環(huán)氧改性樹(shù)脂、云母鱗片、潤(rùn)濕分散劑、防霉劑、流平劑、成膜助劑（二丙二醇丁醚）、消泡劑、防銹顏料、填料（硫酸鋇、磷酸鋅）、丁醇等。

1.2 配方組成

水性環(huán)氧改性厚漿中間涂料的配方組成見(jiàn)表1。

表1 水性環(huán)氧改性厚漿中間涂料的配方組成Table 1 Formulation of waterborne epoxy modified thick paste intermediate coatings

1.3 制備工藝

1.3.1 合成原理

水性環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù)脂的合成原理如圖1所示。

1.3.2 水性環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù)脂的制備

將環(huán)氧樹(shù)脂液、丁醇等投入干凈的反應(yīng)釜中，開(kāi)動(dòng)攪拌并升溫，當(dāng)溫度達(dá)到100~110℃時(shí)，開(kāi)始滴加事先準(zhǔn)備好的丙烯酸單體混合物，一般用2~3.5 h左右滴加完畢并保持回流，保溫1 h后，補(bǔ)加引發(fā)劑，繼續(xù)保持2~2.5 h，隨后降溫至60℃以下，加入胺中和劑，反應(yīng)15~30 min，在高速攪拌下加入催干劑，過(guò)濾，包裝，備用。

1.3.3 水溶性改性環(huán)氧厚漿涂料的制備

將水性環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù)脂加入攪拌罐中，用多功能胺中和劑調(diào)整pH，加入潤(rùn)濕分散劑，攪拌均勻后，再分別加入云母鱗片、防銹顏填料等，高速攪拌45~60 min后，加入成膜助劑等，攪拌5~10 min，過(guò)濾，包裝，備用。

圖1 水性環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù)脂的合成原理Figure 1 Synthesis principle of waterborne epoxy modified acrylic resin

1.4 性能測(cè)試及指標(biāo)

1.4.1 測(cè)試方法

分別按下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測(cè)試：GB/T 1728—1979（1989）《漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測(cè)定法》、GB/T 1740—1979（1989）《漆膜耐濕、熱測(cè)定法》、GB/T 1771—1991《色漆和清漆 耐中性鹽霧的測(cè)定》（eqv ISO 7253—1984）、GB 3186—1982（1989）《涂料產(chǎn)品的采樣 》（eqv ISO 1512—1973）、GB/T 674219—1986《 漆膜彎曲試驗(yàn)（圓柱軸）》（eqv ISO 1519—1973）、GB/T 6751—1986《色漆和清漆 揮發(fā)物和不揮發(fā)物的測(cè)定》（eqv ISO 1515—1973）、GB/T 9271—1988《色漆和清漆標(biāo)準(zhǔn)試板》（eqv ISO 1514—1984）、GB/T 9274—1988《色漆和清漆 耐液體介質(zhì)的測(cè)定》（eqv ISO 2812—1974）、GB/T 9278—1988《涂料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)的溫濕度》（eqv ISO 3270—1984）。

1.4.2 性能指標(biāo)

水性環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù)脂的性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 水性環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù)脂的性能指標(biāo)Table 2 Performance index of waterborne epoxy modified acrylic resin

水溶性環(huán)氧改性厚漿中間涂料的性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 水溶性環(huán)氧改性厚漿中間涂料的性能指標(biāo)Table 3 The performance index of water-soluble epoxy modified thick paste intermediate coatings

2 結(jié)果與討論

2.1 樹(shù)脂的選擇

若想使環(huán)氧樹(shù)脂具有水溶性，就必須對(duì)其進(jìn)行改性，使之具有較強(qiáng)的親水性，常用的強(qiáng)親水性改性劑有羥基、氨基、羧基、酰胺基和醚基化合物等。所需親水基團(tuán)的最低數(shù)量與親水基團(tuán)的極性大小、樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)以及平均相對(duì)分子質(zhì)量等有關(guān)。而常規(guī)丙烯酸樹(shù)脂存在成膜溫度高、膠膜硬度低、抗回黏性差、耐水性不好、附著力差等缺點(diǎn)。本研究用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行改性，研制出一種新型的水性環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù)脂。由于丙烯酸樹(shù)脂的引入改善了環(huán)氧樹(shù)脂的親水性，兩樹(shù)脂克服了各自缺點(diǎn)，達(dá)到性能互補(bǔ)，預(yù)期可滿足日益發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)所需。

2.2 云母鱗片的選擇

云母鱗片具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性及抗老化性能，在涂層中基體相互平行疊壓排列、形成致密的防滲層。使得介質(zhì)滲透擴(kuò)散的途徑變得曲曲折折，大大延長(zhǎng)了介質(zhì)滲透擴(kuò)散到基體的時(shí)間。云母鱗片在涂層中形成許許多多的小區(qū)域，使樹(shù)脂的微裂紋、微氣泡相互分割，減少了涂層與基體之間的熱膨脹系數(shù)差，降低了涂層的硬化收縮率及內(nèi)部應(yīng)力，抑制了涂層龜裂、剝落，提高了涂層的黏合力與抗沖擊性。更具有耐磨、耐溫度變化等特性，是厚漿涂料的首選原材料。

2.3 流平劑的選擇

由于厚漿涂料固體含量高、流動(dòng)性差，加之涂料中含有大量的填料使涂料中所產(chǎn)生的氣泡不易消除，對(duì)涂料的施工產(chǎn)生不利影響，所以一定要選擇使涂料具有良好流動(dòng)性的流平劑，但須考慮到加入流平劑會(huì)影響涂膜的外觀、層間附著力和再涂性等。

常規(guī)的流平劑有丙烯酸共聚物、有機(jī)硅和氟碳表面活性劑3類(lèi)。以甲基丙烯酸酯作為單體的均聚物和共聚物通?？勺鳛榱髌絼?，通過(guò)控制它們同基料樹(shù)脂的不相容程度來(lái)起到流平作用。選擇不同的單體，控制平均相對(duì)分子質(zhì)量和用不同的官能團(tuán)改性都可改變流平效果。有機(jī)硅類(lèi)流平劑的表面張力低，表面活性極高，這是因?yàn)橛袡C(jī)硅可在表面富集大量的甲基基團(tuán)。新一代的有機(jī)硅流平劑常用聚醚、聚酯或烷基進(jìn)行改性。除此之外，還可通過(guò)調(diào)節(jié)相對(duì)分子質(zhì)量和硅含量來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)流平劑性能的目的。氟碳類(lèi)流平劑是所有流平劑中對(duì)降低表面張力最有效的一類(lèi)，但其存在再涂時(shí)易起泡的缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)摸索，最終選用了道康寧DC57水性防縮孔流平劑，它是一種有機(jī)硅聚醚共聚物。

2.4 消泡劑的選擇

由于厚漿型水性涂料本身的黏度就很大，因此在選擇消泡劑時(shí)，一定要選擇能將體系中的氣泡脫出的消泡劑，才能達(dá)到消泡的效果。如果在厚漿型水性涂料中加入黏度比較小的消泡劑，將會(huì)產(chǎn)生不相溶的現(xiàn)象，而且還會(huì)影響涂料的顏色以及光澤度，因此在選擇消泡劑時(shí)，一定要選擇黏度比較大的礦物油類(lèi)消泡劑，這樣才可以很好地與體系相溶，才可以把體系中的氣泡完全脫出。

通過(guò)大量試驗(yàn)，最終選用了德國(guó)進(jìn)口的MOUSSEX SF 561消泡劑，它能提供優(yōu)異的消泡性卻不會(huì)引起霧影、表面缺陷和層間附著力等問(wèn)題，是水性環(huán)氧改性涂料的理想消泡劑。

2.5 填料的選擇

對(duì)于厚漿涂料來(lái)說(shuō)，填料的選擇也很重要，選擇合適的填料，一是可以降低成本，二是可以提高施工性，改善涂料的抗流掛性。配方中選用的超細(xì)滑石粉在涂料中不易沉降，并可以使其他填料懸浮，防止涂料產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，其在涂膜中可以起到伸縮作用，減少涂層裂縫的發(fā)生。但是滑石粉易粉化，應(yīng)和其他填料配合使用，以改善它的粉化性?；酆土姿徜\搭配使用，可以提高漆膜的防腐性能，形成有效的保護(hù)層。

3 結(jié)語(yǔ)

水性環(huán)氧改性樹(shù)脂制得的厚漿涂料是環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展的新一代防腐涂料產(chǎn)品，它的配套性、耐候性、耐光性和耐久性均比現(xiàn)有的溶劑型產(chǎn)品有很大程度的改進(jìn)和提高，而且大大提高了涂裝效率，成膜厚度可一次性完成，既減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度又節(jié)省了勞動(dòng)時(shí)間。在環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格的當(dāng)下，其發(fā)展前景十分廣闊。