環(huán)氧改性水性醇酸樹脂的制備及其清漆性能的研究

王 鎮(zhèn)，甘世鵬，黃慧子

（亞士創(chuàng)能科技（烏魯木齊）有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

環(huán)氧樹脂涂料具有優(yōu)良的耐堿性、抗化學(xué)品性、高硬度，耐磨性和附著力好等優(yōu)點；缺點是漆膜豐滿度差，耐候性差，易粉化。醇酸樹脂的綜合性能優(yōu)異，制備的涂料有著優(yōu)良的干燥性和柔韌性，光澤度和硬度高，并且具有較好的溶解性。環(huán)氧改性水性醇酸樹脂可以提高醇酸樹脂的耐熱性、耐水性和耐酸性，改進漆膜的附著力[1］。本研究制備了一種環(huán)氧改性自干性醇酸樹脂，它既保持了醇酸樹脂的自干性、柔韌性等優(yōu)良性能，又具有環(huán)氧樹脂優(yōu)良的耐化學(xué)品性和耐鹽霧性，使得醇酸樹脂的應(yīng)用范圍進一步擴大。

1 環(huán)氧改性水性醇酸樹脂的改性機理

環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基可以和醇酸樹脂中的羧基和羥基發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)機理[2］如下：

其中R—醇酸樹脂，R’—環(huán)氧樹脂。

除上述反應(yīng)外，同時還發(fā)生羥基和羧基的酯化反應(yīng)，反應(yīng)完成后，體系為均相溶液，加入苯酐及偏苯三酸酐繼續(xù)酯化，直至酸值與黏度達到規(guī)定要求時停止反應(yīng)。

2 試驗部分

2.1 環(huán)氧改性水性醇酸樹脂的制備

將604環(huán)氧樹脂、油酸、三羥甲基丙烷、小分子單酸、順丁烯二酸酐、抗氧劑及回流二甲苯加入四口燒瓶中，升溫至120 ℃后繼續(xù)緩慢升溫，在220～230 ℃保溫至酸值小于3 mgKOH/g。然后降溫至160 ℃，加入回流二甲苯并分批加入鄰苯二甲酸酐及偏苯三酸酐，升溫至170～180 ℃，保溫至中控合格，降溫，真空減壓蒸餾，待溶劑全部蒸出后，加入中和劑中和，然后加入丙二醇丁醚，制得環(huán)氧改性水性醇酸。

2.2 環(huán)氧改性水性醇酸樹脂清漆樣板的制備

在環(huán)氧改性水性醇酸樹脂中，加入適量的催干劑和水，攪拌均勻，按國標要求進行制板。

2.3 性能測試

參照HG/T 4759—2014《水性環(huán)氧樹脂防腐涂料》及HG/T 44847—2015《水性醇酸樹脂涂料行業(yè)標準》進行性能測試。黏度：按GB/T 1723—1993《涂料黏度測定法》涂-4杯（25 ℃）進行測試；酸值：按GB 6743—1986《色漆和清漆 用漆基酸值的測定法》進行測試；干燥時間：按GB 1728—1979（1989）《漆膜、膩子膜干燥時間測定法》進行測試；鉛筆硬度：按GB/T 6739—1996《涂膜硬度 鉛筆測定法》進行測試；附著力：按GB 1720—1979《漆膜附著力測定法》進行測試；耐沖擊性：按GB/T 1732—1993《漆膜耐沖擊測定法》進行測試；耐中性鹽霧性：按GB/T 1771—1991《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》進行測試；耐彎曲性：按GB 6742—1986《漆膜彎曲試驗（圓柱軸）》進行測試；耐水性：按GB/T 1733—1993《漆膜耐水性測定法》進行測試；耐酸堿性：按GB 1763—1979《漆膜耐化學(xué)試劑性測定法》進行測試；耐汽油性：按GB/T 1734—1993《漆膜耐汽油性測試法》進行測試。

環(huán)氧改性水性醇酸樹脂清漆的性能檢測結(jié)果見表1。

表1 環(huán)氧改性水性醇酸樹脂清漆的性能檢測結(jié)果Table 1 Performances test results of epoxy modified waterborne alkyd resin varnish

由表1可以看出，環(huán)氧改性水性醇酸樹脂較普通醇酸樹脂在耐化學(xué)品性能方面得到很大提高，并且性能接近于604環(huán)氧樹脂。與普通水性醇酸樹脂相比，其具有極高的性價比，尤其是它的防腐性能突出，在工業(yè)涂料中有很大的應(yīng)用潛力。

3 結(jié)果與討論

3.1 環(huán)氧樹脂的選擇

環(huán)氧樹脂的種類繁多，本研究根據(jù)環(huán)氧當(dāng)量選用了3種江蘇三木化工集團生產(chǎn)的固體環(huán)氧樹脂來制備環(huán)氧清漆，選擇三木化工集團生產(chǎn)的650為固化劑，配漆，制板，干燥。涂膜性能對比見表2。

表2 不同環(huán)氧樹脂的清漆性能對比Table 2 Performance comparison of paint prepared by different epoxy resins

由表2可知，以上3種環(huán)氧樹脂的機械性能都較好，可以達到要求，但604環(huán)氧樹脂在干燥性、耐鹽水性及耐中性鹽霧性方面較其它2種樹脂的性能更好，另外604環(huán)氧樹脂相對分子質(zhì)量適中，工藝易控制，價格較低。所以選擇604環(huán)氧樹脂對醇酸樹脂進行改性。

3.2 環(huán)氧樹脂用量的影響

樹脂合成配方中其他原料用量不變，改變604環(huán)氧樹脂在配方中所占的比例，并將所得樹脂配制成清漆，對其性能進行測試，結(jié)果見表3。由表3可知，隨著環(huán)氧樹脂用量的增加，漆膜的鉛筆硬度、附著力和耐鹽霧性能都有所提高，這是因為604環(huán)氧樹脂具有良好的抗化學(xué)品性能和附著力，并且其機械強度高，但是隨著604環(huán)氧樹脂用量的增大，漆膜容易發(fā)脆而導(dǎo)致耐沖擊性隨之下降。由表3可見，604環(huán)氧樹脂質(zhì)量分數(shù)15 %～20 %較佳。

表3 環(huán)氧樹脂用量對漆膜性能的影響Table 3 Influence of epoxy resin content on film performance

3.3 環(huán)氧改性水性醇酸樹脂的紅外光譜表征

通過對環(huán)氧改性水性醇酸樹脂的紅外光譜分析，研究改性樹脂基團之間的反應(yīng)情況。環(huán)氧改性水性醇酸樹脂的紅外光譜見圖1。

圖1 環(huán)氧改性水性醇酸樹脂的紅外光譜Figure 1 Infrared spectra of waterborne alkyd resin modified by epoxy

從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，3 472 cm-1處是—OH的伸縮振動吸收峰，2 928 cm-1、2 856 cm-1處是C—H的伸縮振動吸收峰，1 734 cm-1處是羰基C=O的伸縮振動吸收峰，1 606 cm-1、1 581 cm-1、1 462 cm-1處是苯環(huán)C=C的骨架振動峰，另外1 255 cm-1處表現(xiàn)為C—O—C的不對稱伸縮譜帶，1 043 cm-1處表現(xiàn)為C—O—C的對稱伸縮譜帶，改性樹脂中存在羥基、酯基和醚鍵，不含有環(huán)氧基團的吸收峰，表明環(huán)氧基團參與了反應(yīng)。

4 結(jié)語

通過對環(huán)氧改性水性醇酸樹脂的原料選擇和制備工藝的改變，采用半干性油酸制備了性能優(yōu)異的環(huán)氧改性水性醇酸樹脂，由其制備的清漆具有良好的耐化學(xué)藥品性、耐酸性和耐鹽霧性能，可以制備性價比較高、施工性能較好、防腐和防銹性能較佳的底漆，應(yīng)用前景非常廣闊。