高固體分樹(shù)脂的制備及其在鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆中的應(yīng)用研究

周文杰 （上海麥加涂料有限公司，上海 201800）

0 引言

在鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝中，外面漆通常采用聚氨酯面漆。在環(huán)保壓力及水性產(chǎn)品無(wú)法完全滿足性能要求的情況下，高固體分、低VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）含量的聚氨酯面漆無(wú)疑是主流選擇。通過(guò)用丙烯酸單體、相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑對(duì)基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂加以改性，獲得高固體分、低黏度、低羥值、低VOC含量的樹(shù)脂。該樹(shù)脂兼?zhèn)浯妓針?shù)脂的高豐滿度、價(jià)格低廉，以及熱塑性丙烯酸樹(shù)脂快干、耐候性、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良、保光保色性突出等優(yōu)點(diǎn)，以其為基料制備主劑，采用六亞甲基二異氰酸酯基聚異氰酸酯為固化劑，制備了高固體分、低VOC的鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆。該面漆易施工，涂膜干燥快、硬度增長(zhǎng)快、耐候性佳且性價(jià)比高，是鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝的理想外面漆。

1 試驗(yàn)部分

1.1 高固體分樹(shù)脂的制備

采用加聚法，選用丙烯酸單體、基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂等材料制備高固體分樹(shù)脂。首先制備基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂，其醇超的—OH可以和—NCO反應(yīng)，再采用滴加的方式將丙烯酸單體接枝到基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂上，以此獲得滿足要求的高固體分樹(shù)脂。

1.1.1 參考配方

高固體分樹(shù)指的參考配方見(jiàn)表1。

表1 高固體分樹(shù)脂的配方Table 1 The formula of high solid resin

1.1.2 高固體分樹(shù)脂的制備工藝

將組分1中的脂肪酸、季醇、苯酐、順酐、DBTO、二甲苯（回流）投入到帶有攪拌、溫控、冷凝器、分水器、滴液漏斗、通N2裝置的四口燒瓶中，緩慢升溫至（200±2）℃保持，酯化至酸值≤5 mgKOH/g，然后降溫至130 ℃以下，投入二甲苯①稀釋?zhuān)频没A(chǔ)樹(shù)脂，備用。

將組分2中的TBPB①、St、MMA、BMA、相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑混合均勻后投入到滴液漏斗中，在（120±2）℃下滴加到基礎(chǔ)樹(shù)脂中，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)滴完后保持1 h。然后將二甲苯②、TBPB②混合均勻后投入至滴液漏斗中，在（120±2）℃下開(kāi)始第2次滴加，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)滴完，保持1 h后降溫、過(guò)濾、出料，制得高固體分樹(shù)脂，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 高固體分樹(shù)脂的技術(shù)指標(biāo)Table 2 The technical index of high solid resin

1.2 鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆的制備

鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆的配方見(jiàn)表3。

表3 鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆的配方Table 3 The formula of anticorrosive exterior topcoat for steel structure

鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆的制備工藝如下：

將高固體分樹(shù)脂投入至配料缸中，開(kāi)啟攪拌（500～ 600 r/min），依次投入羧酸鹽分散劑、有機(jī)膨潤(rùn)土、氣相二氧化硅、鈦白粉、酞菁藍(lán)，繼續(xù)攪拌（1 000～ 1 200 r/min）10 min，制成預(yù)分散漆漿。

將預(yù)分散漆漿過(guò)砂磨機(jī)，研磨至細(xì)度≤30 μm，接入調(diào)漆缸中，開(kāi)啟攪拌（500～600 r/min）并投入聚酰胺蠟漿，繼續(xù)攪拌（2 000～2 200 r/min）10 min。待聚酰胺蠟漿分散結(jié)束后，繼續(xù)攪拌（800～1 000 r/min），依次投入二月桂酸二丁基錫、有機(jī)硅消泡劑、有機(jī)硅流平劑、二甲苯、醋酸丁酯、PMA，分散5 min，制得鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆的A組分，與B組分六亞甲基二異氰酸酯基聚異氰酸酯按配比混合均勻后即可使用。施工時(shí)按照m（A）∶m（B）=10∶1的比例將兩者混合均勻，加入5%稀釋劑［m（二甲苯）∶m（醋酸丁酯）∶m（PMA）=5∶4∶1］，用高壓無(wú)氣噴涂機(jī)進(jìn)行噴涂，施工狀態(tài)下VOC為380～400 g/L，濕膜厚度200～250 μm，無(wú)流掛、無(wú)氣泡、漆膜平整，與前道涂層配套良好，完全可以滿足要求。

鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆的性能指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆的性能指標(biāo)Table 4 The technical index of anticorrosive exterior topcoat for steel structure

2 結(jié)果與討論

2.1 基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂中多元酸的選擇

在制備基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂時(shí)，若選擇含有共軛雙鍵的不飽和脂肪酸并且用量過(guò)多時(shí)，其會(huì)與丙烯酸單體聚合反應(yīng)過(guò)快并膠化，不易控制。而且這種1，4加成的主反應(yīng)同時(shí)消耗了不飽和脂肪酸的雙鍵，影響漆膜的氧化交聯(lián)干燥。因此，本研究選擇含非共軛雙鍵的不飽和脂肪酸，同時(shí)引入順酐增加基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂中的共軛雙鍵反應(yīng)活性點(diǎn)，用于和丙烯酸單體共聚。但順酐用量要適宜，用量過(guò)少，無(wú)法與丙烯酸單體有效聚合；若用量過(guò)多，則易引起膠化。設(shè)計(jì)順酐的不同用量，考察了其對(duì)高固體分樹(shù)脂性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表5。試驗(yàn)表明：當(dāng)順酐用量在2 %～4 %時(shí)，合成的基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂可與丙烯酸單體進(jìn)行有效聚合。

表5 順酐用量對(duì)高固體分樹(shù)脂性能的影響Table 5 Effects of maleic anhydride dosage on the performances of high solid resin

2.2 基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂反應(yīng)深度的影響

在合成高固體分樹(shù)脂時(shí)，基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂反應(yīng)深度要控制在合適的范圍之內(nèi)，如果反應(yīng)深度過(guò)高，與丙烯酸單體聚合時(shí)所得共聚物的黏度會(huì)過(guò)高，達(dá)不到樹(shù)脂低黏度的要求。設(shè)定不同的基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂反應(yīng)深度，研究其對(duì)高固體分樹(shù)脂黏度的影響見(jiàn)表6。表6結(jié)果表明，當(dāng)基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂的反應(yīng)深度控制在95 %～96 %時(shí)，可滿足要求。

表6 基礎(chǔ)醇酸樹(shù)脂的反應(yīng)深度對(duì)高固體分樹(shù)脂黏度的影響Table 6 Effects of reaction depth of basic alkyd resin on the viscosity of high solid resin

2.3 制備高固體分樹(shù)脂引發(fā)劑的選擇

增加引發(fā)劑的用量，可增加反應(yīng)活性點(diǎn)，提高反應(yīng)速率，降低聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量，進(jìn)而降低樹(shù)脂黏度。但如果引發(fā)劑的用量過(guò)高，就會(huì)產(chǎn)生較多的游離體，降低樹(shù)脂的耐老化性，也會(huì)增加不安全因素，本試驗(yàn)選擇TBPB為引發(fā)劑。TBPB在室溫下穩(wěn)定，儲(chǔ)運(yùn)方便，制備的樹(shù)脂相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄，有利于提高樹(shù)脂的固體分，試驗(yàn)表明，TBPB的用量以0.4 %為宜。

2.4 聚合反應(yīng)溫度的選擇

聚合反應(yīng)溫度越高，引發(fā)劑分解得越快，則自由基濃度越高，加快了鏈增長(zhǎng)和鏈終止，既加快了聚合速率又降低了聚合度。此外，隨著反應(yīng)溫度的升高也提高了溶劑的鏈轉(zhuǎn)移速率，降低了聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量及樹(shù)脂黏度。但溫度過(guò)高，則反應(yīng)難以控制。所以聚合溫度的選擇要參照引發(fā)劑的半衰期并與溶劑的沸點(diǎn)相適應(yīng)，通過(guò)試驗(yàn)，本研究選擇溶解力好、鏈轉(zhuǎn)移性及沸點(diǎn)適中的二甲苯為溶劑，確定120 ℃為最佳的聚合反應(yīng)溫度，采用滴加的方式可使反應(yīng)平穩(wěn)可控。

2.5 丙烯酸單體用量的影響

丙烯酸單體的用量直接影響涂膜的硬度、干燥時(shí)間、耐老化性，若用量過(guò)低，對(duì)涂膜的以上性能沒(méi)有明顯提高；若用量過(guò)大，樹(shù)脂中游離單體增加，相溶性、耐老化性變差。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)適宜的丙烯酸酯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），丙烯酸單體用量為30 %～40 %即可。丙烯酸單體的用量對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆性能的影響見(jiàn)表7。

表7 丙烯酸單體用量對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆性能的影響Table 7 Effects of acrylic acid dosage on the performances of anticorrosive exterior topcoat for steel structure

2.6 相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑用量的影響

相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑起到鏈轉(zhuǎn)移的作用，可降低聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量及樹(shù)脂黏度。隨著相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑用量的增加，樹(shù)脂黏度逐步降低，但其增加到一定量后，樹(shù)脂黏度不再變化。試驗(yàn)表明，相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑的用量以1 %～2 %為宜（表8）。

表8 相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑用量對(duì)高固體分樹(shù)脂黏度的影響Table 8 Effects of molecular weight regulator dosage on the viscosity of high solid resin

2.7 防流掛助劑的選擇

鋼結(jié)構(gòu)防腐面漆在高壓無(wú)氣噴涂時(shí)極易出現(xiàn)流掛問(wèn)題，試驗(yàn)表明，將聚酰胺蠟和氣相二氧化硅搭配，可有效解決面漆的流掛問(wèn)題。

2.8 消泡劑的選擇

鋼結(jié)構(gòu)防腐面漆在高壓無(wú)氣噴涂時(shí)極易出現(xiàn)氣泡，試驗(yàn)表明，有機(jī)硅消泡劑可有效解決氣泡問(wèn)題。

2.9 固化劑的選擇

針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防腐面漆，可選用的多異氰酸酯固化劑很多。考慮到對(duì)涂膜性能要求較高，本研究采用六亞甲基二異氰酸酯基聚異氰酸酯作為固化劑，該固化劑具有優(yōu)異的耐老化性和防腐性。

3 結(jié)語(yǔ)

采用加聚法制備了高固體分、低黏度、低羥值的高固體分樹(shù)脂，制備工藝簡(jiǎn)單易控，原料易得。以此樹(shù)脂為基料，選擇合適的分散劑、防沉劑、防流掛助劑、消泡劑、流平劑等材料制備主劑，以六亞甲基二異氰酸酯基聚異氰酸酯為固化劑，制備了滿足要求的鋼結(jié)構(gòu)防腐外面漆，此面漆VOC含量低、性價(jià)比高，可作為鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝的理想外面漆使用。