玉 淵，陸 強(qiáng)，林合興，趙文斐，玉寧佳（.南寧市金雙龍涂料有限公司，廣西 南寧 530007；.南寧振寧開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 5300）

一種建筑環(huán)保熱固性丙烯酸涂料及其制備方法

玉 淵1，陸 強(qiáng)2，林合興2，趙文斐2，玉寧佳1
（1.南寧市金雙龍涂料有限公司，廣西 南寧 530007；2.南寧振寧開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530022）

以高固體分羥基丙烯酸樹脂為基料，將醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯配制成混合酯類溶劑作為真溶劑，乙酸-2-乙基丁酯作為慢干劑，并用混合酯類溶劑對顏填料進(jìn)行預(yù)浸泡，制備了一種建筑環(huán)保熱固性丙烯酸涂料。使用BYK助劑對漆膜進(jìn)行改善與調(diào)節(jié)，施工涂裝時加入固化劑。實(shí)驗(yàn)測試表明，這種建筑環(huán)保熱固性丙烯酸涂料具有良好的漆膜質(zhì)量，漆膜“硬而韌”，一次成膜厚，施工效率高，溶劑用量少，VOC釋放少，同時，涂料和溶劑具有環(huán)保優(yōu)勢，適宜在建筑墻體、屋面、鋼架結(jié)構(gòu)涂覆上應(yīng)用。

高固體分羥基丙烯酸樹脂；熱固性丙烯酸涂料；混合酯類溶劑；建筑環(huán)保

溶劑型涂料是以有機(jī)溶劑為分散介質(zhì)制成的涂料，具有高裝飾性，可以在苛刻環(huán)境中施工，應(yīng)用范圍廣，耐化學(xué)性強(qiáng)，壽命長。根據(jù)2015年美國Grand View Research公司發(fā)布的新版全球工業(yè)涂料市場分析報(bào)告，溶劑型產(chǎn)品仍占全球工業(yè)涂料總量的75%以上。然而，隨著人們對環(huán)境保護(hù)和能源緊缺的日益重視，國家鼓勵發(fā)展環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的涂料生產(chǎn)，同時，鼓勵用酯類溶劑替代二甲苯類溶劑如涂料溶劑、涂料稀釋劑等［2-4］。為此，我們以高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）為基料，將醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯配制成混合酯類溶劑作為真溶劑，乙酸-2-乙基丁酯作慢干劑，并用混合酯類溶劑對顏填料進(jìn)行預(yù)浸泡，研究和制備了一種建筑環(huán)保熱固性丙烯酸涂料。使用BYK助劑對漆膜進(jìn)行改善與調(diào)節(jié)，制漆時加入固化劑（含-NCO基團(tuán)）。通過實(shí)驗(yàn)對比，檢驗(yàn)這種熱固性丙烯酸涂料的漆膜性能，并分析其環(huán)保性。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料

高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）（合成樹脂為不含芳香烴溶劑制成）、熱固性丙烯酸樹脂（NV：50%）、醋酸仲丁酯、碳酸二甲酯、乙酸-2-乙基丁酯、二氧化鈦、滑石粉、二氧化硅、BYK助劑（潤濕分散劑、流平劑、防沉劑）、固化劑、二甲苯（上述材料均為工業(yè)級）。

1.2 檢測儀器

涂料耐洗刷測定儀、漆膜沖擊儀、漆膜附著力測試儀、漆膜彈性測定儀、涂-4黏度計(jì)、漆膜厚度儀。

1.3 制備工藝與設(shè)計(jì)

首先，將計(jì)量好的醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯攪拌成混合酯類溶劑作為真溶劑使用；其次，提取部分混合酯類溶劑倒入二氧化鈦、滑石粉與二氧化硅中，低速攪拌并浸泡1h；再次，將高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）、混合酯類溶劑、乙酸-2-乙基丁酯、BYK助劑經(jīng)高速分散機(jī)分散，時間0.25h。將浸泡潤濕過的顏填料緩慢注入上述材料中進(jìn)行低速攪拌與分散，時間0.25h。最后，經(jīng)研磨機(jī)低速研磨3遍，即可制成建筑環(huán)保熱固性丙烯酸涂料。制漆使用時需加入固化劑。

1.4 實(shí)驗(yàn)配方與方法

熱固性丙烯酸樹脂（NV：50%）分別以混合酯類、二甲苯作稀釋劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)配方見表1。熱固性丙烯酸樹脂（NV：70%）分別以混合酯類、二甲苯作稀釋劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)配方見表2。4組制漆實(shí)驗(yàn)，均是將A組分漆液與B組分固化劑調(diào)制混合均勻后，分別涂刷在尺寸（長×寬×厚）120mm×50mm×0.3 mm的馬口鐵試板上，靜置168h，待涂膜完全干燥適宜試驗(yàn)為止。

表1　熱固性丙烯酸樹脂（NV：50%）分別以混合酯類、二甲苯作稀釋劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 漆膜外觀與性能測試對比

分別將配方①、②中的A組分漆液與B組分固化劑調(diào)制混合均勻后，進(jìn)行漆膜外觀與性能測試，結(jié)果見表3。

分別將配方③、④中的A組分漆液與B組分固化劑調(diào)制混合均勻后，進(jìn)行漆膜外觀與性能測試，結(jié)果見表4。

表2　熱固性丙烯酸樹脂（NV：70%）分別以混合酯類、二甲苯作稀釋劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

2.2 樹脂稀釋至相同涂擦黏度的溶劑用量與厚度對比分別用混合酯類和二甲苯作為稀釋劑，將相同的100g熱固性丙烯酸樹脂（NV：50%）稀釋調(diào)至涂擦黏度為25s（涂-4杯）時，兩種稀釋劑用量與厚度測試結(jié)果見表5。

表3　樹脂NV：50%的配方①、②漆膜外觀與性能測試（25℃）

表4　樹脂NV：70%配方③、④漆膜外觀與性能測試（25℃）

表5　相同100g 的NV：50%樹脂稀釋調(diào)配至相同涂擦黏度為25s時兩種稀釋劑用量測試（25℃）

分別用混合酯類和二甲苯作為稀釋劑，將相同的100g高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）稀釋調(diào)至涂擦黏度為25s（涂-4杯）時，兩種稀釋劑用量與厚度測試結(jié)果見表6。

表6　相同100g的NV：70%樹脂稀釋調(diào)配至相同涂擦黏度為25s時兩種稀釋劑用量測試（25℃）

3　結(jié)果與討論

3.1 樹脂的影響

3.1.1 樹脂的羥基含量

由表3和表4的漆膜外觀與性能測試對比可知，4組配方漆液的漆膜均表現(xiàn)出溶劑型涂料的典型特點(diǎn)，具有較好的豐滿度、耐水性、耐堿性、耐洗刷性、硬度、沖擊強(qiáng)度、附著力和柔韌性，說明混合酯類溶劑完全可以替代二甲苯溶劑作稀釋劑。當(dāng)使用相同的溶劑時，基料為高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）的漆液與樹脂（NV：50%）的漆液相比，其耐洗刷性和硬度更優(yōu)。因?yàn)椋旱谝?，熱固性丙烯酸樹脂（NV：50%）和高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）都含-OH基團(tuán)，都能與固化劑中的-NCO基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)，形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使漆膜具有較好的耐水性、耐堿性、硬度、沖擊強(qiáng)度、附著力和柔韌性；第二，由于高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）在合成時，加大了羥基單體（-OH）的含量，可在2.6%～4.7%之間，并且羥基含量的增大還提高了樹脂的極性，使得它在與固化劑反應(yīng)時，其交聯(lián)密度和機(jī)械性能高于熱固性丙烯酸樹脂（NV：50%），所以漆膜耐洗刷性和硬度也略高于熱固性丙烯酸樹脂（NV：50%）。由上述分析可知，用高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）制成的涂料，具有良好的漆膜質(zhì)量，并且漆膜具有“硬而韌”的更佳性能表現(xiàn)。

3.1.2 樹脂的固體含量

由表5和表6可知，將熱固性丙烯酸樹脂（NV： 50%）和高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）調(diào)至相同涂擦黏度為25s（涂-4杯）時，第一，用混合酯類溶劑作稀釋劑時，NV 50%和NV 70%的2遍干燥厚度分別為34μm和38μm，二者比值為1∶1.18；第二，用二甲苯溶劑作稀釋劑時，NV 50%和NV 70%的2遍干燥厚度分別為30μm和32μm，二者比值為1∶1.07，表明高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）2遍干燥厚度比熱固性丙烯酸樹脂（NV：50%）要厚，說明隨著樹脂固體含量的提高，涂料中有效成膜物體積提高，涂膜變厚，有助于獲取較高的施工效率。

此外，由于高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）的固體含量是熱固性丙烯酸樹脂（NV：50%）的1.4倍，因而樹脂體系中的溶劑含量相對減少20%，既降低了溶劑的使用量，也降低了VOC的釋放。同時，由于選用的是不含芳香烴溶劑制成的高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%），極大提高了樹脂使用的環(huán)保性和安全性。

3.2 溶劑的影響

3.2.1 溶劑的溶解力

綜合表1和表2樹脂與稀釋劑的實(shí)驗(yàn)配方、表3和表4樹脂的漆膜外觀與性能測試對比、表5和表6涂裝階段的溶劑用量對比可知，用混合酯類溶劑溶解樹脂與稀釋涂料，涂料施工涂裝的綜合表現(xiàn)性能均能達(dá)到以二甲苯為溶劑時的效果，并且混合酯類溶劑用量相對較少，這是因?yàn)椋?/p>

1）溶解度參數(shù)相似或相近。丙烯酸樹脂溶解度參數(shù)為8.9～9.5 （cal·cm-3）1/2，當(dāng)用醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯作真溶劑計(jì)算時，混合酯類溶劑溶解度參數(shù)為9.3 （cal·cm-3）1/2，為相似或相等；而二甲苯的溶解度參數(shù)為8.8 （cal·cm-3）1/2，也非常相近。與樹脂溶解度參數(shù)相近的溶劑，其分子間的相互作用力相似，易混溶或互溶。所以，混合酯類溶劑和二甲苯都是丙烯酸樹脂的最佳溶劑?；蛘哒f，混合酯類溶劑可以替代二甲苯溶劑進(jìn)行丙烯酸樹脂涂料的制備和生產(chǎn)。

2）溶解力。當(dāng)溶劑對丙烯酸樹脂的溶解力較強(qiáng)時，則有助于樹脂的充分溶解，并且降低樹脂與顏填料之間的界面張力，從而提高樹脂對顏填料的潤濕性和包裹性，獲取較低的樹脂黏度與涂料黏度，提高流動性和流平性，便于施工涂裝。在制漆階段，由表1和表2可知，樹脂（NV：50%）和樹脂（NV：70%）的實(shí)驗(yàn)配方中，稀釋劑二甲苯比混合酯類溶劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)都要大；由表5和表6可知，在施工涂裝階段，將相同100g的樹脂（NV：50%）和樹脂（NV：70%）稀釋分別調(diào)至涂擦黏度為25s（涂-4杯）時，稀釋劑二甲苯比混合酯類溶劑用量分別多20% 和28%，說明二甲苯溶劑對丙烯酸樹脂的溶解力比混合酯類溶劑相對較低，只能通過加大溶劑用量進(jìn)行稀釋。利用混合酯類溶劑替代二甲苯作稀釋劑則可以降低溶劑用量，減少VOC的釋放。

3.2.2 溶劑的毒理性和危害性

醋酸仲丁酯是一種毒性小、殘留少的環(huán)保溶劑；碳酸二甲酯是一種無毒環(huán)保溶劑，可用于涂料工業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)；乙酸-2-乙基丁酯也是一種毒性較小，并適合漆用的高沸點(diǎn)溶劑。

3.2.3 溶劑的揮發(fā)速率

醋酸仲丁酯具有中等揮發(fā)速率，而碳酸二甲酯具有較高的揮發(fā)速率，加入低揮發(fā)速率的乙酸-2-乙基丁酯作慢干劑，有助于調(diào)節(jié)涂層干燥速度，獲取較好的漆膜狀態(tài)與性能。

3.3 顏填料的影響

為了降低顏填料對高固體分涂料帶來的黏度高的影響，在制備前先將混合酯類溶劑對二氧化鈦、滑石粉和二氧化硅進(jìn)行浸泡，有助于提高潤濕性和分散性。同時，將顏填料注入樹脂時，應(yīng)采取緩慢加入、低速攪拌和分散的方式，以提高樹脂對顏填料的包裹，并能較好地降低涂料黏度高的影響。

3.4 助劑的影響

使用BYK助劑，包括潤濕分散劑、流平劑和防沉劑，能進(jìn)一步提高顏填料與樹脂的混溶性，降低涂料黏度，改善漆膜的縮孔弊病和涂料流掛性，提高涂料貯存穩(wěn)定性。

4　結(jié)論

1）高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%）比樹脂（NV：50%）的溶劑含量相對減少20%，且高固體分羥基丙烯酸樹脂制備的涂料具有漆膜“硬而韌”、成膜厚、施工效率高的顯著優(yōu)點(diǎn)，適宜在建筑墻體、屋面、鋼架結(jié)構(gòu)涂覆上應(yīng)用。同時，還可以通過選用不含芳香烴溶劑制成的高固體分羥基丙烯酸樹脂（NV：70%），從生產(chǎn)制備的源頭杜絕任何含有芳香烴材料的使用。

2）醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯配制成的混合酯類溶劑，可以替代二甲苯溶劑進(jìn)行涂料生產(chǎn)制備和施工涂裝，不僅涂料漆膜外觀和性能均達(dá)到溶劑型外墻涂料的產(chǎn)品指標(biāo)，而且將相同數(shù)量的樹脂調(diào)節(jié)到同等施工條件（涂擦黏度）時，使用混合酯類溶劑的溶劑用量更少，從而較好地降低了VOC的釋放量。醋酸仲丁酯、碳酸二甲酯和乙酸-2-乙基丁酯是屬于低毒、環(huán)保的溶劑，可進(jìn)一步提高涂料使用的環(huán)保性和安全性。

［1］ 《涂料技術(shù)與文摘》編輯部：行業(yè)快訊［J］.涂料技術(shù)與文摘，2015（4）：53.

［2］ http://www.gov.cn/flfg/2011-04/26/content_1852729.htm［EB/ OL］.2011-03-27.

［3］ http://www.gov.cn/gongbao/content/2013/content_2404709.htm ［EB/OL］.2013-02-16.

［4］ http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n12845605/n13916928/15123268.html［EB/OL］.2012-12-27.

Preparation of Architectural and Environmental Thermosetting Acrylic Coating

YU Yuan1， LU Qiang2， LIN He-xing2，ZHAO Wen-fei2， YU Ning-jia1
（1.Nanning Golden Double Dragons Paint Co. Ltd.， Nanning 530004， China； 2.Nanning Zhenning Development Co. Ltd.，Nanning 530022 ， China）

s： One kind of architectural and enrvironmental thermosetting acrylic coatings was prepared with mixed solvent of sec-butyl acetate and dimethyl carbonate， and slow drying agent 2-ethyl butyl acetate. The pigment and filler were pre-soak by mixed solvents. The film was improved and adjusted with BYK auxiliaries. The curing agent was added at the time of construction painting. After the experiment test， it was found that this architectural and environmental thermosetting acrylic coatings had good film quality， hardness and toughness， film thickness and high construction efficiency， and was very suitable for building wall， roofing and stell structure.

high solids hydroxyl resins； thermosetting acrylic coatings； mixed ester solvent； architectural and environmental

TQ 637.6

A

1671-9905（2016）07-0025-04

玉淵，男，廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)，高級工程師，廣西化工類專家?guī)烊瞬?，常年從事化工、涂料、合成樹脂、溶劑、油墨研究工作，E-mail：yyprincer8@163.com

2016-05-09