一种建筑环保热固性丙烯酸涂料及其制备方法

玉 渊，陆 强，林合兴，赵文斐，玉宁佳（.南宁市金双龙涂料有限公司，广西 南宁 530007；.南宁振宁开发有限责任公司，广西 南宁 5300）

一种建筑环保热固性丙烯酸涂料及其制备方法

玉 渊1，陆 强2，林合兴2，赵文斐2，玉宁佳1
（1.南宁市金双龙涂料有限公司，广西 南宁 530007；2.南宁振宁开发有限责任公司，广西 南宁 530022）

以高固体分羟基丙烯酸树脂为基料，将醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯配制成混合酯类溶剂作为真溶剂，乙酸-2-乙基丁酯作为慢干剂，并用混合酯类溶剂对颜填料进行预浸泡，制备了一种建筑环保热固性丙烯酸涂料。使用BYK助剂对漆膜进行改善与调节，施工涂装时加入固化剂。实验测试表明，这种建筑环保热固性丙烯酸涂料具有良好的漆膜质量，漆膜“硬而韧”，一次成膜厚，施工效率高，溶剂用量少，VOC释放少，同时，涂料和溶剂具有环保优势，适宜在建筑墙体、屋面、钢架结构涂覆上应用。

高固体分羟基丙烯酸树脂；热固性丙烯酸涂料；混合酯类溶剂；建筑环保

溶剂型涂料是以有机溶剂为分散介质制成的涂料，具有高装饰性，可以在苛刻环境中施工，应用范围广，耐化学性强，寿命长。根据2015年美国Grand View Research公司发布的新版全球工业涂料市场分析报告，溶剂型产品仍占全球工业涂料总量的75%以上。然而，随着人们对环境保护和能源紧缺的日益重视，国家鼓励发展环境友好型、资源节约型的涂料生产，同时，鼓励用酯类溶剂替代二甲苯类溶剂如涂料溶剂、涂料稀释剂等［2-4］。为此，我们以高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）为基料，将醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯配制成混合酯类溶剂作为真溶剂，乙酸-2-乙基丁酯作慢干剂，并用混合酯类溶剂对颜填料进行预浸泡，研究和制备了一种建筑环保热固性丙烯酸涂料。使用BYK助剂对漆膜进行改善与调节，制漆时加入固化剂（含-NCO基团）。通过实验对比，检验这种热固性丙烯酸涂料的漆膜性能，并分析其环保性。

1　实验部分

1.1 材料

高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）（合成树脂为不含芳香烃溶剂制成）、热固性丙烯酸树脂（NV：50%）、醋酸仲丁酯、碳酸二甲酯、乙酸-2-乙基丁酯、二氧化钛、滑石粉、二氧化硅、BYK助剂（润湿分散剂、流平剂、防沉剂）、固化剂、二甲苯（上述材料均为工业级）。

1.2 检测仪器

涂料耐洗刷测定仪、漆膜冲击仪、漆膜附着力测试仪、漆膜弹性测定仪、涂-4黏度计、漆膜厚度仪。

1.3 制备工艺与设计

首先，将计量好的醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯搅拌成混合酯类溶剂作为真溶剂使用；其次，提取部分混合酯类溶剂倒入二氧化钛、滑石粉与二氧化硅中，低速搅拌并浸泡1h；再次，将高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）、混合酯类溶剂、乙酸-2-乙基丁酯、BYK助剂经高速分散机分散，时间0.25h。将浸泡润湿过的颜填料缓慢注入上述材料中进行低速搅拌与分散，时间0.25h。最后，经研磨机低速研磨3遍，即可制成建筑环保热固性丙烯酸涂料。制漆使用时需加入固化剂。

1.4 实验配方与方法

热固性丙烯酸树脂（NV：50%）分别以混合酯类、二甲苯作稀释剂进行实验，实验配方见表1。热固性丙烯酸树脂（NV：70%）分别以混合酯类、二甲苯作稀释剂进行实验，实验配方见表2。4组制漆实验，均是将A组分漆液与B组分固化剂调制混合均匀后，分别涂刷在尺寸（长×宽×厚）120mm×50mm×0.3 mm的马口铁试板上，静置168h，待涂膜完全干燥适宜试验为止。

表1　热固性丙烯酸树脂（NV：50%）分别以混合酯类、二甲苯作稀释剂进行实验

2　实验结果

2.1 漆膜外观与性能测试对比

分别将配方①、②中的A组分漆液与B组分固化剂调制混合均匀后，进行漆膜外观与性能测试，结果见表3。

分别将配方③、④中的A组分漆液与B组分固化剂调制混合均匀后，进行漆膜外观与性能测试，结果见表4。

表2　热固性丙烯酸树脂（NV：70%）分别以混合酯类、二甲苯作稀释剂进行实验

2.2 树脂稀释至相同涂擦黏度的溶剂用量与厚度对比分别用混合酯类和二甲苯作为稀释剂，将相同的100g热固性丙烯酸树脂（NV：50%）稀释调至涂擦黏度为25s（涂-4杯）时，两种稀释剂用量与厚度测试结果见表5。

表3　树脂NV：50%的配方①、②漆膜外观与性能测试（25℃）

表4　树脂NV：70%配方③、④漆膜外观与性能测试（25℃）

表5　相同100g 的NV：50%树脂稀释调配至相同涂擦黏度为25s时两种稀释剂用量测试（25℃）

分别用混合酯类和二甲苯作为稀释剂，将相同的100g高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）稀释调至涂擦黏度为25s（涂-4杯）时，两种稀释剂用量与厚度测试结果见表6。

表6　相同100g的NV：70%树脂稀释调配至相同涂擦黏度为25s时两种稀释剂用量测试（25℃）

3　结果与讨论

3.1 树脂的影响

3.1.1 树脂的羟基含量

由表3和表4的漆膜外观与性能测试对比可知，4组配方漆液的漆膜均表现出溶剂型涂料的典型特点，具有较好的丰满度、耐水性、耐碱性、耐洗刷性、硬度、冲击强度、附着力和柔韧性，说明混合酯类溶剂完全可以替代二甲苯溶剂作稀释剂。当使用相同的溶剂时，基料为高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）的漆液与树脂（NV：50%）的漆液相比，其耐洗刷性和硬度更优。因为：第一，热固性丙烯酸树脂（NV：50%）和高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）都含-OH基团，都能与固化剂中的-NCO基团发生交联固化反应，形成稳定的网状结构，使漆膜具有较好的耐水性、耐碱性、硬度、冲击强度、附着力和柔韧性；第二，由于高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）在合成时，加大了羟基单体（-OH）的含量，可在2.6%～4.7%之间，并且羟基含量的增大还提高了树脂的极性，使得它在与固化剂反应时，其交联密度和机械性能高于热固性丙烯酸树脂（NV：50%），所以漆膜耐洗刷性和硬度也略高于热固性丙烯酸树脂（NV：50%）。由上述分析可知，用高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）制成的涂料，具有良好的漆膜质量，并且漆膜具有“硬而韧”的更佳性能表现。

3.1.2 树脂的固体含量

由表5和表6可知，将热固性丙烯酸树脂（NV： 50%）和高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）调至相同涂擦黏度为25s（涂-4杯）时，第一，用混合酯类溶剂作稀释剂时，NV 50%和NV 70%的2遍干燥厚度分别为34μm和38μm，二者比值为1∶1.18；第二，用二甲苯溶剂作稀释剂时，NV 50%和NV 70%的2遍干燥厚度分别为30μm和32μm，二者比值为1∶1.07，表明高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）2遍干燥厚度比热固性丙烯酸树脂（NV：50%）要厚，说明随着树脂固体含量的提高，涂料中有效成膜物体积提高，涂膜变厚，有助于获取较高的施工效率。

此外，由于高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）的固体含量是热固性丙烯酸树脂（NV：50%）的1.4倍，因而树脂体系中的溶剂含量相对减少20%，既降低了溶剂的使用量，也降低了VOC的释放。同时，由于选用的是不含芳香烃溶剂制成的高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%），极大提高了树脂使用的环保性和安全性。

3.2 溶剂的影响

3.2.1 溶剂的溶解力

综合表1和表2树脂与稀释剂的实验配方、表3和表4树脂的漆膜外观与性能测试对比、表5和表6涂装阶段的溶剂用量对比可知，用混合酯类溶剂溶解树脂与稀释涂料，涂料施工涂装的综合表现性能均能达到以二甲苯为溶剂时的效果，并且混合酯类溶剂用量相对较少，这是因为：

1）溶解度参数相似或相近。丙烯酸树脂溶解度参数为8.9～9.5 （cal·cm-3）1/2，当用醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯作真溶剂计算时，混合酯类溶剂溶解度参数为9.3 （cal·cm-3）1/2，为相似或相等；而二甲苯的溶解度参数为8.8 （cal·cm-3）1/2，也非常相近。与树脂溶解度参数相近的溶剂，其分子间的相互作用力相似，易混溶或互溶。所以，混合酯类溶剂和二甲苯都是丙烯酸树脂的最佳溶剂。或者说，混合酯类溶剂可以替代二甲苯溶剂进行丙烯酸树脂涂料的制备和生产。

2）溶解力。当溶剂对丙烯酸树脂的溶解力较强时，则有助于树脂的充分溶解，并且降低树脂与颜填料之间的界面张力，从而提高树脂对颜填料的润湿性和包裹性，获取较低的树脂黏度与涂料黏度，提高流动性和流平性，便于施工涂装。在制漆阶段，由表1和表2可知，树脂（NV：50%）和树脂（NV：70%）的实验配方中，稀释剂二甲苯比混合酯类溶剂的质量百分数都要大；由表5和表6可知，在施工涂装阶段，将相同100g的树脂（NV：50%）和树脂（NV：70%）稀释分别调至涂擦黏度为25s（涂-4杯）时，稀释剂二甲苯比混合酯类溶剂用量分别多20% 和28%，说明二甲苯溶剂对丙烯酸树脂的溶解力比混合酯类溶剂相对较低，只能通过加大溶剂用量进行稀释。利用混合酯类溶剂替代二甲苯作稀释剂则可以降低溶剂用量，减少VOC的释放。

3.2.2 溶剂的毒理性和危害性

醋酸仲丁酯是一种毒性小、残留少的环保溶剂；碳酸二甲酯是一种无毒环保溶剂，可用于涂料工业和医药行业；乙酸-2-乙基丁酯也是一种毒性较小，并适合漆用的高沸点溶剂。

3.2.3 溶剂的挥发速率

醋酸仲丁酯具有中等挥发速率，而碳酸二甲酯具有较高的挥发速率，加入低挥发速率的乙酸-2-乙基丁酯作慢干剂，有助于调节涂层干燥速度，获取较好的漆膜状态与性能。

3.3 颜填料的影响

为了降低颜填料对高固体分涂料带来的黏度高的影响，在制备前先将混合酯类溶剂对二氧化钛、滑石粉和二氧化硅进行浸泡，有助于提高润湿性和分散性。同时，将颜填料注入树脂时，应采取缓慢加入、低速搅拌和分散的方式，以提高树脂对颜填料的包裹，并能较好地降低涂料黏度高的影响。

3.4 助剂的影响

使用BYK助剂，包括润湿分散剂、流平剂和防沉剂，能进一步提高颜填料与树脂的混溶性，降低涂料黏度，改善漆膜的缩孔弊病和涂料流挂性，提高涂料贮存稳定性。

4　结论

1）高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%）比树脂（NV：50%）的溶剂含量相对减少20%，且高固体分羟基丙烯酸树脂制备的涂料具有漆膜“硬而韧”、成膜厚、施工效率高的显著优点，适宜在建筑墙体、屋面、钢架结构涂覆上应用。同时，还可以通过选用不含芳香烃溶剂制成的高固体分羟基丙烯酸树脂（NV：70%），从生产制备的源头杜绝任何含有芳香烃材料的使用。

2）醋酸仲丁酯和碳酸二甲酯配制成的混合酯类溶剂，可以替代二甲苯溶剂进行涂料生产制备和施工涂装，不仅涂料漆膜外观和性能均达到溶剂型外墙涂料的产品指标，而且将相同数量的树脂调节到同等施工条件（涂擦黏度）时，使用混合酯类溶剂的溶剂用量更少，从而较好地降低了VOC的释放量。醋酸仲丁酯、碳酸二甲酯和乙酸-2-乙基丁酯是属于低毒、环保的溶剂，可进一步提高涂料使用的环保性和安全性。

［1］ 《涂料技术与文摘》编辑部：行业快讯［J］.涂料技术与文摘，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

玉渊，男，广西大学化学化工学院毕业，高级工程师，广西化工类专家库人才，常年从事化工、涂料、合成树脂、溶剂、油墨研究工作，E-mail：yyprincer8@163.com

2016-05-09