新型羟基丙烯酸分散体涂料的制备及应用

第41卷第4期2019年4月染整技术TextileDyeingandFinishingJournalVol.41No.4Apr.2019

随着环保要求的日益严格、VOC排放总量的严格限制，我国相继出台了一系列的环境保护法规，集装箱、印染、汽车漆等行业受到了较大程度的影响[1-3]。涂料消费税以及排污费等相关政策的出台对传统油性涂料带来了巨大的冲击，水性涂料生产技术以及相关水性树脂、水性涂料、水性固化剂等相关产品也因此得到快速发展[4-6]。水性双组分羟基丙烯酸分散体聚氨酯面漆因其具有较高的丰满度、较高的光泽、耐水性能优、可装饰性强等众多优点，受到人们的青睐。对羟基丙烯酸分散体的研究越来越多，其应用范围也越来越宽[7]。汽车面漆以及印染涂层等行业需要漆膜具有较好的耐水性，水性羟基丙烯酸分散体与水性异氰酸酯固化剂双组分聚氨酯具有较好的耐水性，可广泛应用于各类行业中，印染涂层中也可采用水性氨基类烤漆作为涂层以减少VOC的排放，提高涂层的耐水性；相比水性双组分类自干漆，水性类烤漆有一定程度的弱势，必须经过高温烘烤后，漆膜才能固化交联，过多的氨基树脂也会使得漆膜较脆，柔韧性以及耐冲击等性能存在或多或少的问题[8]。双组分类自干漆可在常温下发生交联固化，也可在低温烘烤下强制快速交联固化；相比水性氨基类烤漆具有一定的优势，并且VOC

新型羟基丙烯酸分散体涂料的制备及应用周国强1，王元有2

（1.无锡洪汇新材料科技股份有限公司，江苏无锡214199；2.扬州工业职业技术学院，江苏扬州225127）

摘要以新型羟基丙烯酸分散体与水性多异氰酸酯固化剂为主要成膜物质制备了双组分聚氨酯自干漆，讨论了不同颜基比、不同固化剂、分散剂用量以及分散工艺对双组分聚氨酯光泽、丰满度等机械性能的影响。双组分自干类漆具有较好的装饰性与耐水性，可广泛应用于汽车以及印染涂层面漆等工业领域；可有效减少VOC的排放，是环境友好型涂料。关键词羟基丙烯酸分散体；水性多异氰酸酯；自干漆；环境友好

中图分类号:TQ63文献标识号:A文章编号：1005-9350（2019）04-0041-04

收稿日期：2018-11-21作者简介：周国强（1992-），男，助理工程师，硕士，主要研究水性羟基丙烯酸分散体的合成与应用。

PreparationandapplicationofnovelhydroxylacrylicaciddispersioncoatingsZHOUGuoqiang1,WANGYuanyou2

(1.WuxiHonghuiNewMaterialsPolytronTechnologiesInc.,Wuxi214199,China;2.YangzhouPolytechnicInstitute,Yangzhou225127,China)

AbstractAtwo-componentpolyurethaneselfdryingpaintwaspreparedbyanewhydroxylacrylicaciddispersionandawaterpolyisocyanatecuringagentasthemainfilmformingmaterial.Theeffectsofdifferentpigmentbaseratios,differentcuringagents,dispersantdosageanddispersingprocessonmechanicalproperties,glossandfullnessoftwo-com-ponentpolyurethanewerediscussed.Twocomponentselfdryingpaintspossessedgooddecorationandwaterresistanceproperties.ItcouldbewidelyusedinautomobileandprintinganddyeingcoatingtopfinishwitheffectivelyemissionofVOCreduced,whichwasanenvironmentallyfriendlyapplicationcoating.Keywordshydroxylacrylicaciddispersion;waterbornepolyisocyanate;selfdryingpaint;environmentfriendly染整技术第41卷总量也明显低于双组分类水性氨基烤漆[9-10]。本课题主要研究了不同颜基比、不同固化剂、分散剂用量以及分散工艺等对双组分聚氨酯光泽、丰满度等机械性能的影响。该类分散体在市场应用中具有广阔的前景。1实验1.1原料水性羟基丙烯酸分散体、去离子水（自制），2547异氰酸酯固化剂、2655异氰酸酯固化剂[拜耳（中国）有限公司]，钛白粉、丙二醇甲醚醋酸酯、红粉、黄粉、乙二醇丁醚、气相二氧化硅、增稠剂（国产），分散剂[EFKA4560，巴斯夫（中国）有限公司]，二丙二醇丁醚（美国陶氏化学公司），润湿剂、流平剂（德国迪高）。1.2仪器高速分散搅拌机，光泽仪，冲击仪，膜厚测定仪，恒温水浴锅。1.3水性羟基丙烯酸分散体物化性能水性羟基丙烯酸分散体为我公司自制产品，外观为白色乳液状，有较强的蓝光，含固量在（45±2）％，黏度为2000~4000mPa·s，pH=7.0~8.5，羟基质量分数为3.4%。该类树脂可与水性多异氰酸酯固化剂在常温下自干固化交联。1.4制备方法A组分：称取一定量的羟基丙烯酸分散体于分散容器中，依次加入定量的钛白粉、红粉以及黄粉颜料，在500r/min转速下依次加入分散剂、润湿剂、流平剂以及防沉剂，将转速提高至1200r/min时后，加入一定量的水，加入锆珠，将转速调至2200r/min。在搅拌过程中监测细度，待细度低于20后，停止分散，将A组分与200目过筛后待使用。B组分：主要为水性多异氰酸酯固化剂，应避免在潮湿的环境中进行反应，在容器中称取一定量的水性异氰酸酯固化剂，加入同样质量的丙二醇甲醚醋酸酯，使其质量分数为50%，搅拌待溶解后待使用。1.5漆膜性能测试固含量：根据GB1725—1979《涂料固体含量测定法》测试。黏度：在25℃室温、4号转子60r/min的条件下，使用旋转黏度计测定。耐水性：40℃水温下，进行耐水性测试，观察漆膜的变化。附着力：根据GB/T1720—1979《漆膜附着力测定法》进行测定。硬度：根据GB/T6739—2006《色漆和清漆铅笔法测定漆膜硬度》进行测定。耐冲击：根据GB/T1732—1993《漆膜耐冲击测定法》进行测定。光泽：用光泽仪对漆膜光泽进行测定。外观：按照GB/T1722—1992《清漆、清油及稀释剂颜色测定法》目测法测试涂膜外观。1.6试板的制备及各性能的要求

试验板的制备：配漆m（A组分）∶m（B组分）=3∶1混合后[n(NCO—)∶n(OH—)=1.3∶1]，使用搅拌机搅拌5~10min，加入一定量水，使其黏度在25s进行喷涂（涂4杯），200目过筛，除去气泡与杂质，喷涂制板。漆膜性能要求见表1。表1双组分水性聚氨酯涂料机械性能要求

指标颜色表干时间/h实干时间/h烘干（80℃）/h漆膜外观光泽/%参数符合色差标准≤2≤241平整光滑90%以上指标硬度附着力/级柔韧性/mm冲击强度/(kg·cm)细度/mm耐水性/d参数2H01502071.7基础配方水性双组分聚氨酯涂料（红）基础配方见表2。表2水性双组分聚氨酯涂料（红）基础配方

序号123456789101112原材料水性羟基丙烯酸分散体红粉黄粉钛白粉防沉剂增稠剂润湿剂流平剂二丙二醇丁醚乙二醇丁醚分散剂水质量分数/%70~753~40.7~1.01.0~1.50.2~0.30.96~1.000.19~0.200.19~0.200~1.284.8~5.01.89~2.01共计100

2结果与讨论2.1水性多异氰酸酯固化剂的影响水性多异氰酸酯固化剂主要由磺酸盐以及醚类等对HDI预聚体以及IPDI预聚体进行改性，使之具有水性亲水基团。市面上使用的水性多异氰酸酯固化剂大多为拜耳公司的2547与2655，在使用同样配方A组分的前提下，采用手动搅拌方式，喷漆固化成膜，其光泽与丰满度存在较为明显的差异，使用2655固化剂固化交联后的漆膜其光泽与丰满度要明显优于与2547固化剂，对比参数见表3。

··42第4期表3不同固化剂对漆膜光泽的影响固化剂种类2547265520°/%77.283.460°/%86.690.480°/%95.497.5从表3可以看出，采用2655固化剂的漆膜在不同角度的光泽均要优于2547固化剂，这主要是由于2655固化剂相比2547固化剂在水中具有更好的分散性，与水性羟基丙烯酸分散体的相容性更好。2.2助溶剂对漆膜外观的影响羟基丙烯酸类树脂多采用溶液聚合方法制备而成，溶剂大多选择醇醚类，溶剂的选择对羟基丙烯酸分散体的外观以及性能等均存在较大的影响，溶剂对羟基丙烯酸分散体的影响前人已作出了大量的研究，在此就不过多讨论。本课题讨论溶剂对漆膜光泽的影响，主要在于后期制漆过程中加入单一溶剂或复合溶剂对漆膜光泽造成的影响。羟基丙烯酸分散体主要以水为分散介质，在漆膜干燥过程中，如水分蒸发太快，漆膜会产生痱子、气泡等弊病；但如果蒸发过慢，或者水分不能蒸发出，则会导致漆膜透明性较差，光泽较低。在制漆过程中，通常会加入少量高沸点的助溶剂，可以有效地解决这一问题。常用助溶剂主要有乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚等。在保证其他条件相同的前提下，本课题主要采用乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚以及乙二醇丁醚与二丙二醇丁醚混合使用作为助溶剂进行各漆膜光泽对比实验，对比参数如表4所示。表4不同助溶剂对漆膜光泽的影响助溶剂种类乙二醇丁醚二丙二醇丁醚乙二醇丁醚/二丙二醇丁醚20°/%80.779.483.460°/%88.989.290.480°/%96.896.797.5从表4可以看出，选用乙二醇丁醚/二丙二醇丁醚作为助溶剂时，漆膜不同角度的光泽以及丰满度较好。2.3颜基比对漆膜外观的影响颜基比为颜填料与树脂固体组分的质量比，降低颜基比，可以有效地提高树脂固体的质量分数，使光泽有所提升。本课题设计60°角光泽需达到90%以上，鉴于此，选择颜基比为0.4、0.3、0.2、0.15作为实验研究的对象，实验对比结果见表5。从表5可以看出，降低体系的颜基比，可以一定程度地提高漆膜的光泽，当颜基比为0.15时，漆膜的光泽能达到预期设计的要求。降低颜基比虽然一定程度上可以提高漆膜的光泽，但并非颜基比越低越好，一方面，降低颜基比使得树脂固体比例提高，增加了生产成本，另一方面颜基比的降低，也会使得颜填料的遮盖力变差，影响漆膜性能。表5不同颜基比对漆膜光泽的影响颜基比0.400.300.200.1520°/%77.479.581.783.460°/%87.389.189.290.480°/%95.295.896.897.52.4分散工艺对漆膜外观的影响水性羟基丙烯酸分散体固化成膜的机理主要是分散体中的羟基与异氰酸酯中的异氰酸根发生交联反应。当异氰酸酯固化剂分散到羟基丙烯酸分散体中，如果搅拌不够充分，异氰酸酯无法与羟基丙烯酸树脂中的羟基发生交联，而过多地与水的羟基发生交联，与水交联后的保护层又进一步阻碍了异氰酸根与分散体中羟基的固化交联，对漆膜的性能存在较大的影响。本课题主要研究手动分散与机械分散两种分散方式对漆膜外观产生的影响，具体结果见表6。表6分散方式对60°光泽的影响分散方式手动分散机械分散60°/%86.6~90.487.8~90.6不同的分散工艺、分散体树脂、固化剂以及助剂等的分散效果也存在一定程度的差异，机械分散可以使树脂与固化剂更有效地接触，使反应更加充分，漆膜的光泽也有一定程度的提高；但手动分散方式得到的漆膜光泽与机械分散方式得到的漆膜光泽差异较小。因此，机械分散方式在一定程度上可以提高漆膜的光泽，但无论是机械分散还是手动分散，对我公司自制羟基丙烯酸分散体的漆膜光泽影响较小，这主要是由于我公司自制的羟基丙烯酸分散体与异氰酸酯固化剂的分散性、相容性等均较好。2.5防沉剂的选择在磨浆以及色漆的制备过程中，常常需要加入防沉剂来提高涂料的储藏稳定性。本课题采用的防沉剂为气相二氧化硅，气相二氧化硅是四氯化硅在氢氧焰中水解制得的，气相二氧化硅是一种理想的防沉剂，对于防止涂料体系中颜料的沉淀非常有效。其粒度小、比表面积大，表面上带有硅烷醇基团，这些硅烷醇基可与邻近的气相二氧化硅颗粒间相互作用而形成氢键，氢键作用使其形成触变形结构。特别是对于周国强，等：新型羟基丙烯酸分散体涂料的制备及应用··43