自乳化水性醇酸涂料的制备

许东方，陆飞飞

（浙江大桥油漆有限公司，浙江 湖州 313201）

近年来，随着国务院《大气污染防治行动计划》、浙江省政府《挥发性有机物深化治理与减排工作方案（2017～2020 年）》的相继发布，涂料及涂装行业的挥发性有机化合物（VOC）减排压力与日俱增。 2018年6 月，国务院又出台《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，明确提出，重点区域禁止建设生产和使用高VOC 含量的溶剂型涂料、油墨和胶黏剂等项目，且要求到2020 年，二氧化硫和氮氧化物排放总量分别比2015 年下降15%以上。

本实验设计开发了一种自乳化水性醇酸树脂，该水性醇酸树脂具有自乳化分散特性，不需要胺中和，减少了氮氧化物的排放，耐水性好，贮存稳定性能更优越，VOC 含量更低，更有利于环保。 用该树脂制成的漆膜能达到或接近溶剂型漆的性能，具有优异的耐水性和耐候性，贮存稳定性好，VOC 含量低。可用于建筑物磁漆、木制品底漆、防腐底漆、农用机械、建筑机械、火车、电车、公共汽车及钢铁强梁涂装系统等。

1 实验部分

1.1 主要原料

亚油酸，海盐嘉丰油脂化工有限公司；季戊四醇，安徽金禾实业股份有限公司；四氢苯酐，杭州华东化工贸易有限公司；次磷酸，常熟新特化工有限公司；甲苯磺酸，南通润丰石油化工有限公司；仲醇聚氧乙烯醚，上海德茂化工有限公司；丙二醇甲醚，分析纯，美国陶氏化学公司；去离子水，自制。自乳化水性醇酸树脂，自制；氧化铁红，型号190，广州市正盟化工有限公司；膨润土，型号140，浙江丰虹新材料股份有限公司；水性催干剂，南通市通州区信益涂料辅料厂；底材润湿剂BYK-346、分散剂BYK-190、增稠剂WT-202，上海惠正行化工有限公司；消泡剂BYK-028，杭州达茵化学助剂有限公司。

1.2 自乳化水性醇酸树脂的制备

将亚油酸、季戊四醇、四氢苯酐、次磷酸或甲苯磺酸，加入反应釜，通氮气10～20 min 后，加二甲苯升温；用1～3 h 将反应釜中的混合物升温至100～130 ℃，启动搅拌器继续升温至160～170 ℃；继续以10～15℃/h 升温至170～200 ℃，保温2～3 h 至反应釜内物料透明。然后测酸值，当酸值为50～60 mgKOH/g 时，加入仲醇聚氧乙烯醚进行酯化反应。真空抽滤除去二甲苯，停止反应降温至100～120 ℃时，缓慢滴加助溶剂，搅拌10～20 min，测酸值，当酸值小于15 mgKOH/g 时，降温制得固含量为（80±1）%、外观为透明的自乳化水性醇酸树脂。自乳化水性醇酸树脂的技术指标见表1。

表1 自乳化水性醇酸树脂的技术指标

1.3 色漆的制备

自乳化水性醇酸树脂涂料的配方见表2。

表2 自乳化水性醇酸树脂涂料的配方

（1） 制取颜填料浆：在分散釜中加入配方量去离子水，在搅拌情况下慢慢加入自乳化水性醇酸树脂，使之稀释。 然后在搅拌情况下，慢慢加入配方量的消泡剂、催干剂和分散剂。 再在搅拌情况下，慢慢加入配方量的颜填料，然后用砂磨机进行研磨，直至细度小于20 μm。 达到细度要求后，放出颜填料浆，并用计量的去离子水分3 次冲洗砂磨釜，并将该部分冲洗水用于后面的配漆中。

（2） 混合阶段：在调漆釜中加入配方量去离子水，包括研磨色浆阶段的冲洗水，在搅拌情况下慢慢加入自乳化水性醇酸树脂，使之稀释。 在搅拌情况下，慢慢加入配方量的消泡剂和增稠剂。在搅拌情况下，慢慢加入步骤（1）制备的颜填料浆；加入中和剂和适量的去离子水调节黏度；用80～120 目的滤网过滤，得到自乳化水性醇酸漆。

1.4 检测方法

自乳化水性醇酸树脂涂料性能依据HG/T 4847—2015《水性醇酸树脂涂料》进行检测。

2 结果与讨论

2.1 自乳化水性醇酸树脂涂料性能检测结果

自乳化水性醇酸树脂涂料性能检测结果见表3。

表3 自乳化水性醇酸树脂涂料性能检测结果

2.2 脂肪酸的影响

由于醇酸树脂的成膜机理主要依靠树脂中的不饱和双键发生交联或氧化，故其干燥性能与不饱和双键的含量有关，而不饱和双键主要由油类或脂肪酸提供，因此通过选择适合的植物油酸，可实现快干和提高耐水性能。 亚油酸具有较长的碳链结构及双键，具有快干性，耐候性、耐化学品性能良好。

2.3 多元醇的影响

由甘油制备的醇酸树脂水溶性、干率和树脂的稳定性较差，而季戊四醇价格低廉且原料易得，在结构上有4 个伯羟基，官能度高于甘油，可以提高干性。用季戊四醇制备的醇酸树脂交联度大，水溶性和水解的稳定性及漆膜性能都比甘油要优越。

2.4 多元酸的影响

高碘值的二元酸四氢苯酐能提高树脂的交联度和干燥性能，提高了自乳化水性醇酸树脂的气干性，大大减少了助溶剂的使用消耗量，使自乳化水性醇酸树脂更具有空气硬化性、密著性及耐水性等特性。

2.5 仲醇聚氧乙烯醚的影响

将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键，又有羟基，其分子结构中含有的仲羟基与醇酸树脂的羧基发生酯化反应后生成位阻酯键能阻碍水解，可在酯键的周围制造一个憎水的环境，使水分子难以进入酯键中，大大降低水解率。同时仲醇聚氧乙烯醚分子结构中的醚键引入到醇酸分子上有利于提高醇酸树脂的水解稳定性，同时解决了醇酸树脂的水溶性问题。

3 结论

本文通过试验由植物油酸、多元醇和二元酸经酯化、缩聚生成醇酸树脂，再将仲醇聚氧乙烯醚引入醇酸分子中，获得自乳化水性醇酸树脂。

（1） 制备自乳化水性醇酸树脂时，将仲醇聚氧乙烯醚引入醇酸分子中，提高了醇酸树脂的水解稳定性，同时解决了醇酸树脂的水溶性问题；

（2） 该自乳化水性醇酸树脂酸值很低，不需要胺中和，减少了氮氧化物的排放，耐水性好，贮存稳定性能更优越，贮存稳定性在6 个月以上，且VOC 含量更低，更加利于环保；

（3） 以该树脂为基料制备的自乳化水性醇酸树脂涂料具有优异的耐水性、贮存稳定性及较好的涂膜硬度，是一款自干型水性醇酸涂料，能达到或接近溶剂型漆的性能。