高固体分树脂的制备及其在钢结构防腐外面漆中的应用研究

周文杰 （上海麦加涂料有限公司，上海 201800）

0 引言

在钢结构防腐涂装中，外面漆通常采用聚氨酯面漆。在环保压力及水性产品无法完全满足性能要求的情况下，高固体分、低VOC（挥发性有机化合物）含量的聚氨酯面漆无疑是主流选择。通过用丙烯酸单体、相对分子质量调节剂对基础醇酸树脂加以改性，获得高固体分、低黏度、低羟值、低VOC含量的树脂。该树脂兼备醇酸树脂的高丰满度、价格低廉，以及热塑性丙烯酸树脂快干、耐候性、耐化学腐蚀性优良、保光保色性突出等优点，以其为基料制备主剂，采用六亚甲基二异氰酸酯基聚异氰酸酯为固化剂，制备了高固体分、低VOC的钢结构防腐外面漆。该面漆易施工，涂膜干燥快、硬度增长快、耐候性佳且性价比高，是钢结构防腐涂装的理想外面漆。

1 试验部分

1.1 高固体分树脂的制备

采用加聚法，选用丙烯酸单体、基础醇酸树脂等材料制备高固体分树脂。首先制备基础醇酸树脂，其醇超的—OH可以和—NCO反应，再采用滴加的方式将丙烯酸单体接枝到基础醇酸树脂上，以此获得满足要求的高固体分树脂。

1.1.1 参考配方

高固体分树指的参考配方见表1。

表1 高固体分树脂的配方Table 1 The formula of high solid resin

1.1.2 高固体分树脂的制备工艺

将组分1中的脂肪酸、季醇、苯酐、顺酐、DBTO、二甲苯（回流）投入到带有搅拌、温控、冷凝器、分水器、滴液漏斗、通N2装置的四口烧瓶中，缓慢升温至（200±2）℃保持，酯化至酸值≤5 mgKOH/g，然后降温至130 ℃以下，投入二甲苯①稀释，制得基础树脂，备用。

将组分2中的TBPB①、St、MMA、BMA、相对分子质量调节剂混合均匀后投入到滴液漏斗中，在（120±2）℃下滴加到基础树脂中，在规定的时间内滴完后保持1 h。然后将二甲苯②、TBPB②混合均匀后投入至滴液漏斗中，在（120±2）℃下开始第2次滴加，在规定的时间内滴完，保持1 h后降温、过滤、出料，制得高固体分树脂，其技术指标见表2。

表2 高固体分树脂的技术指标Table 2 The technical index of high solid resin

1.2 钢结构防腐外面漆的制备

钢结构防腐外面漆的配方见表3。

表3 钢结构防腐外面漆的配方Table 3 The formula of anticorrosive exterior topcoat for steel structure

钢结构防腐外面漆的制备工艺如下：

将高固体分树脂投入至配料缸中，开启搅拌（500～ 600 r/min），依次投入羧酸盐分散剂、有机膨润土、气相二氧化硅、钛白粉、酞菁蓝，继续搅拌（1 000～ 1 200 r/min）10 min，制成预分散漆浆。

将预分散漆浆过砂磨机，研磨至细度≤30 μm，接入调漆缸中，开启搅拌（500～600 r/min）并投入聚酰胺蜡浆，继续搅拌（2 000～2 200 r/min）10 min。待聚酰胺蜡浆分散结束后，继续搅拌（800～1 000 r/min），依次投入二月桂酸二丁基锡、有机硅消泡剂、有机硅流平剂、二甲苯、醋酸丁酯、PMA，分散5 min，制得钢结构防腐外面漆的A组分，与B组分六亚甲基二异氰酸酯基聚异氰酸酯按配比混合均匀后即可使用。施工时按照m（A）∶m（B）=10∶1的比例将两者混合均匀，加入5%稀释剂［m（二甲苯）∶m（醋酸丁酯）∶m（PMA）=5∶4∶1］，用高压无气喷涂机进行喷涂，施工状态下VOC为380～400 g/L，湿膜厚度200～250 μm，无流挂、无气泡、漆膜平整，与前道涂层配套良好，完全可以满足要求。

钢结构防腐外面漆的性能指标见表4。

表4 钢结构防腐外面漆的性能指标Table 4 The technical index of anticorrosive exterior topcoat for steel structure

2 结果与讨论

2.1 基础醇酸树脂中多元酸的选择

在制备基础醇酸树脂时，若选择含有共轭双键的不饱和脂肪酸并且用量过多时，其会与丙烯酸单体聚合反应过快并胶化，不易控制。而且这种1，4加成的主反应同时消耗了不饱和脂肪酸的双键，影响漆膜的氧化交联干燥。因此，本研究选择含非共轭双键的不饱和脂肪酸，同时引入顺酐增加基础醇酸树脂中的共轭双键反应活性点，用于和丙烯酸单体共聚。但顺酐用量要适宜，用量过少，无法与丙烯酸单体有效聚合；若用量过多，则易引起胶化。设计顺酐的不同用量，考察了其对高固体分树脂性能的影响，结果见表5。试验表明：当顺酐用量在2 %～4 %时，合成的基础醇酸树脂可与丙烯酸单体进行有效聚合。

表5 顺酐用量对高固体分树脂性能的影响Table 5 Effects of maleic anhydride dosage on the performances of high solid resin

2.2 基础醇酸树脂反应深度的影响

在合成高固体分树脂时，基础醇酸树脂反应深度要控制在合适的范围之内，如果反应深度过高，与丙烯酸单体聚合时所得共聚物的黏度会过高，达不到树脂低黏度的要求。设定不同的基础醇酸树脂反应深度，研究其对高固体分树脂黏度的影响见表6。表6结果表明，当基础醇酸树脂的反应深度控制在95 %～96 %时，可满足要求。

表6 基础醇酸树脂的反应深度对高固体分树脂黏度的影响Table 6 Effects of reaction depth of basic alkyd resin on the viscosity of high solid resin

2.3 制备高固体分树脂引发剂的选择

增加引发剂的用量，可增加反应活性点，提高反应速率，降低聚合物的相对分子质量，进而降低树脂黏度。但如果引发剂的用量过高，就会产生较多的游离体，降低树脂的耐老化性，也会增加不安全因素，本试验选择TBPB为引发剂。TBPB在室温下稳定，储运方便，制备的树脂相对分子质量分布较窄，有利于提高树脂的固体分，试验表明，TBPB的用量以0.4 %为宜。

2.4 聚合反应温度的选择

聚合反应温度越高，引发剂分解得越快，则自由基浓度越高，加快了链增长和链终止，既加快了聚合速率又降低了聚合度。此外，随着反应温度的升高也提高了溶剂的链转移速率，降低了聚合物的相对分子质量及树脂黏度。但温度过高，则反应难以控制。所以聚合温度的选择要参照引发剂的半衰期并与溶剂的沸点相适应，通过试验，本研究选择溶解力好、链转移性及沸点适中的二甲苯为溶剂，确定120 ℃为最佳的聚合反应温度，采用滴加的方式可使反应平稳可控。

2.5 丙烯酸单体用量的影响

丙烯酸单体的用量直接影响涂膜的硬度、干燥时间、耐老化性，若用量过低，对涂膜的以上性能没有明显提高；若用量过大，树脂中游离单体增加，相溶性、耐老化性变差。本试验设计适宜的丙烯酸酯玻璃化转变温度（Tg），丙烯酸单体用量为30 %～40 %即可。丙烯酸单体的用量对钢结构防腐外面漆性能的影响见表7。

表7 丙烯酸单体用量对钢结构防腐外面漆性能的影响Table 7 Effects of acrylic acid dosage on the performances of anticorrosive exterior topcoat for steel structure

2.6 相对分子质量调节剂用量的影响

相对分子质量调节剂起到链转移的作用，可降低聚合物的相对分子质量及树脂黏度。随着相对分子质量调节剂用量的增加，树脂黏度逐步降低，但其增加到一定量后，树脂黏度不再变化。试验表明，相对分子质量调节剂的用量以1 %～2 %为宜（表8）。

表8 相对分子质量调节剂用量对高固体分树脂黏度的影响Table 8 Effects of molecular weight regulator dosage on the viscosity of high solid resin

2.7 防流挂助剂的选择

钢结构防腐面漆在高压无气喷涂时极易出现流挂问题，试验表明，将聚酰胺蜡和气相二氧化硅搭配，可有效解决面漆的流挂问题。

2.8 消泡剂的选择

钢结构防腐面漆在高压无气喷涂时极易出现气泡，试验表明，有机硅消泡剂可有效解决气泡问题。

2.9 固化剂的选择

针对钢结构防腐面漆，可选用的多异氰酸酯固化剂很多。考虑到对涂膜性能要求较高，本研究采用六亚甲基二异氰酸酯基聚异氰酸酯作为固化剂，该固化剂具有优异的耐老化性和防腐性。

3 结语

采用加聚法制备了高固体分、低黏度、低羟值的高固体分树脂，制备工艺简单易控，原料易得。以此树脂为基料，选择合适的分散剂、防沉剂、防流挂助剂、消泡剂、流平剂等材料制备主剂，以六亚甲基二异氰酸酯基聚异氰酸酯为固化剂，制备了满足要求的钢结构防腐外面漆，此面漆VOC含量低、性价比高，可作为钢结构防腐涂装的理想外面漆使用。