自乳化水性醇酸涂料的制備

許東方，陸飛飛

（浙江大橋油漆有限公司，浙江 湖州 313201）

近年來，隨著國務院《大氣污染防治行動計劃》、浙江省政府《揮發性有機物深化治理與減排工作方案（2017～2020 年）》的相繼發布，涂料及涂裝行業的揮發性有機化合物（VOC）減排壓力與日俱增。 2018年6 月，國務院又出臺《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》，明確提出，重點區域禁止建設生產和使用高VOC 含量的溶劑型涂料、油墨和膠黏劑等項目，且要求到2020 年，二氧化硫和氮氧化物排放總量分別比2015 年下降15%以上。

本實驗設計開發了一種自乳化水性醇酸樹脂，該水性醇酸樹脂具有自乳化分散特性，不需要胺中和，減少了氮氧化物的排放，耐水性好，貯存穩定性能更優越，VOC 含量更低，更有利于環保。 用該樹脂制成的漆膜能達到或接近溶劑型漆的性能，具有優異的耐水性和耐候性，貯存穩定性好，VOC 含量低?？捎糜诮ㄖ锎牌?、木制品底漆、防腐底漆、農用機械、建筑機械、火車、電車、公共汽車及鋼鐵強梁涂裝系統等。

1 實驗部分

1.1 主要原料

亞油酸，海鹽嘉豐油脂化工有限公司；季戊四醇，安徽金禾實業股份有限公司；四氫苯酐，杭州華東化工貿易有限公司；次磷酸，常熟新特化工有限公司；甲苯磺酸，南通潤豐石油化工有限公司；仲醇聚氧乙烯醚，上海德茂化工有限公司；丙二醇甲醚，分析純，美國陶氏化學公司；去離子水，自制。自乳化水性醇酸樹脂，自制；氧化鐵紅，型號190，廣州市正盟化工有限公司；膨潤土，型號140，浙江豐虹新材料股份有限公司；水性催干劑，南通市通州區信益涂料輔料廠；底材潤濕劑BYK-346、分散劑BYK-190、增稠劑WT-202，上?；菡谢び邢薰?；消泡劑BYK-028，杭州達茵化學助劑有限公司。

1.2 自乳化水性醇酸樹脂的制備

將亞油酸、季戊四醇、四氫苯酐、次磷酸或甲苯磺酸，加入反應釜，通氮氣10～20 min 后，加二甲苯升溫；用1～3 h 將反應釜中的混合物升溫至100～130 ℃，啟動攪拌器繼續升溫至160～170 ℃；繼續以10～15℃/h 升溫至170～200 ℃，保溫2～3 h 至反應釜內物料透明。然后測酸值，當酸值為50～60 mgKOH/g 時，加入仲醇聚氧乙烯醚進行酯化反應。真空抽濾除去二甲苯，停止反應降溫至100～120 ℃時，緩慢滴加助溶劑，攪拌10～20 min，測酸值，當酸值小于15 mgKOH/g 時，降溫制得固含量為（80±1）%、外觀為透明的自乳化水性醇酸樹脂。自乳化水性醇酸樹脂的技術指標見表1。

表1 自乳化水性醇酸樹脂的技術指標

1.3 色漆的制備

自乳化水性醇酸樹脂涂料的配方見表2。

表2 自乳化水性醇酸樹脂涂料的配方

（1） 制取顏填料漿：在分散釜中加入配方量去離子水，在攪拌情況下慢慢加入自乳化水性醇酸樹脂，使之稀釋。 然后在攪拌情況下，慢慢加入配方量的消泡劑、催干劑和分散劑。 再在攪拌情況下，慢慢加入配方量的顏填料，然后用砂磨機進行研磨，直至細度小于20 μm。 達到細度要求后，放出顏填料漿，并用計量的去離子水分3 次沖洗砂磨釜，并將該部分沖洗水用于后面的配漆中。

（2） 混合階段：在調漆釜中加入配方量去離子水，包括研磨色漿階段的沖洗水，在攪拌情況下慢慢加入自乳化水性醇酸樹脂，使之稀釋。 在攪拌情況下，慢慢加入配方量的消泡劑和增稠劑。在攪拌情況下，慢慢加入步驟（1）制備的顏填料漿；加入中和劑和適量的去離子水調節黏度；用80～120 目的濾網過濾，得到自乳化水性醇酸漆。

1.4 檢測方法

自乳化水性醇酸樹脂涂料性能依據HG/T 4847—2015《水性醇酸樹脂涂料》進行檢測。

2 結果與討論

2.1 自乳化水性醇酸樹脂涂料性能檢測結果

自乳化水性醇酸樹脂涂料性能檢測結果見表3。

表3 自乳化水性醇酸樹脂涂料性能檢測結果

2.2 脂肪酸的影響

由于醇酸樹脂的成膜機理主要依靠樹脂中的不飽和雙鍵發生交聯或氧化，故其干燥性能與不飽和雙鍵的含量有關，而不飽和雙鍵主要由油類或脂肪酸提供，因此通過選擇適合的植物油酸，可實現快干和提高耐水性能。 亞油酸具有較長的碳鏈結構及雙鍵，具有快干性，耐候性、耐化學品性能良好。

2.3 多元醇的影響

由甘油制備的醇酸樹脂水溶性、干率和樹脂的穩定性較差，而季戊四醇價格低廉且原料易得，在結構上有4 個伯羥基，官能度高于甘油，可以提高干性。用季戊四醇制備的醇酸樹脂交聯度大，水溶性和水解的穩定性及漆膜性能都比甘油要優越。

2.4 多元酸的影響

高碘值的二元酸四氫苯酐能提高樹脂的交聯度和干燥性能，提高了自乳化水性醇酸樹脂的氣干性，大大減少了助溶劑的使用消耗量，使自乳化水性醇酸樹脂更具有空氣硬化性、密著性及耐水性等特性。

2.5 仲醇聚氧乙烯醚的影響

將仲醇聚氧乙烯醚引入醇酸分子中，仲醇聚氧乙烯醚分子中既有醚鍵，又有羥基，其分子結構中含有的仲羥基與醇酸樹脂的羧基發生酯化反應后生成位阻酯鍵能阻礙水解，可在酯鍵的周圍制造一個憎水的環境，使水分子難以進入酯鍵中，大大降低水解率。同時仲醇聚氧乙烯醚分子結構中的醚鍵引入到醇酸分子上有利于提高醇酸樹脂的水解穩定性，同時解決了醇酸樹脂的水溶性問題。

3 結論

本文通過試驗由植物油酸、多元醇和二元酸經酯化、縮聚生成醇酸樹脂，再將仲醇聚氧乙烯醚引入醇酸分子中，獲得自乳化水性醇酸樹脂。

（1） 制備自乳化水性醇酸樹脂時，將仲醇聚氧乙烯醚引入醇酸分子中，提高了醇酸樹脂的水解穩定性，同時解決了醇酸樹脂的水溶性問題；

（2） 該自乳化水性醇酸樹脂酸值很低，不需要胺中和，減少了氮氧化物的排放，耐水性好，貯存穩定性能更優越，貯存穩定性在6 個月以上，且VOC 含量更低，更加利于環保；

（3） 以該樹脂為基料制備的自乳化水性醇酸樹脂涂料具有優異的耐水性、貯存穩定性及較好的涂膜硬度，是一款自干型水性醇酸涂料，能達到或接近溶劑型漆的性能。