一种环保型改性丙烯酸树脂漆画制备及性能研究

2022-09-28白晓梅

粘接 2022年9期

白莹，白晓梅

(1.咸阳师范学院美术学院, 陕西咸阳 712000； 2.北部湾大学，广西钦州 535000)

传统工业漆受其原料和生产方式的影响，在制备和使用过程中，可能会排放大量挥发性有机化合物(VOC)，对生产使用者的身体带来一些威胁，因此，用水性工业漆进行替代传统工业漆是非常有必要的。但目前对水性漆的研究还存在问题，如相关性能达不到行业标准要求。通过在含氟聚丙烯酸酯(PFHI)添加石墨烯纳米片增加其防腐性能，结果表明:GN对PFHI涂层防腐蚀性能的提升产生积极的作用；制备了梳状有机硅氧烷改性含氟丙烯酸酯共聚物，并证实了该共聚物具有优异的热稳定性和力学性能。以上学者的研究为环保水性漆的发展提供了一些数据参考，但他们的研究并未具体对工业漆的成分和性能进一步的探讨。基于此，本文以丙烯酸酯树脂为主要材料，设计制作了性能较为优异的工业漆，为环保水性漆的发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

主要材料：叔碳酸乙烯酯(AR)，佰斯特新材料；丙烯酸丁酯(AR)，伊维化工科技；丙烯酸(AR)，科建化工；二甲基乙醇胺(AR)，创赢化工；苯乙烯(AR)，明星化工；乙醇(AR)，银润化工；甲基丙烯酸甲酯(AR)，彦硕化工；氢氧化钠(AR)，众勤化工；环氧树脂(一级)，翔合亿化工科技；改性促进剂(AR)，杰西卡化工；硅烷偶联剂(AR)，轩浩新材料科技。

主要设备：LTD60N砂磨机，利腾达智能装备；JJ-1精密增力电动搅拌器，南北潮电子商务；GD26-FTIR-650傅里叶红外光谱仪，东方化玻科技；YZG真空干燥箱，荣臻干燥设备；NHG60光泽度仪，三恩时科技。

1.2 试验方法

水性丙烯酸的制备

(1)将叔碳酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、苯乙烯等原材料进行混合，得到混合溶液；

(2)将稀释剂A放入四口烧瓶中，提升反应体系温度至142 ℃。将步骤(1)制备的混合溶液在5 h内滴加至烧瓶中，升温至150 ℃，保温120 min；

(3)将体系温度降低至70 ℃，用二甲基乙醇胺将体系pH值调节为7.0，然后将稀释剂B加入，得到水性丙烯酸酯树脂。

水性环氧改性丙烯酸酯树脂的制备

将环氧树脂和改性促进剂放入水性丙烯酸酯树脂，升温至90 ℃、反应120 min。反应结束后降低反应体系温度至70 ℃，用二甲基乙醇胺将体系pH值调节为7.0，保持该温度1 h，得到水性环氧改性丙烯酸酯树脂。

水性有机硅改性丙烯酸酯树脂的制备

在“1.2.1步骤(1)”制作混合溶液时，加入硅烷偶联剂。其余步骤同“1.2.1”，得到水性有机硅改性丙烯酸酯树脂。

单组分水性丙烯酸酯树脂工业漆制备

(1)在去离子水中溶入部分助剂，低速搅拌10 min加入颜填料；之后，中速搅拌5 min，最后高速搅拌30 min；

(2)将物料置于LTD60N型砂磨机中研磨至适合的细度，然后加入剩余助剂和成膜水性树脂；在低速搅拌模式下混合均匀，混合时间为10 min。将适量增稠流变助剂加入，调节工业漆黏度，得到单组分水性丙烯酸酯树脂工业漆。助剂种类如表1所示。

表1 助剂种类

1.3 性能测试

红外光谱分析

将待测样品置于YZG型真空干燥箱。

用GD26-FTIR-650型傅里叶红外光谱仪对样品进行测定，波数为4 000～500 cm。

丙烯酸酯树脂性能测试

涂膜外观：通过目测观察涂膜外观情况；

吸水率：参照 GB/T 1738—1979测定；返绣情况：参照 GB/T 1733—1993观察样品返绣情况；光泽度：参照 GB/T 9724—2007用NHG60型光泽度仪对漆膜光泽度进行测定；耐水性：参照 GB/T 1733—1993测定；柔韧性：参照 GB/T 1731—1979测定漆膜柔韧性；硬度：参照 GB/T 6739—2006测定漆膜硬度；附着力：参照 GB 1720—1979测定；耐冲击性：参照 GB/T 1732—1979测定。

2 结果与讨论

2.1 FT-IR 分析

图1为待测样品的红外光谱图。

图1 样品红外光谱图

由图1可知，在992 cm处的丁烷基特征峰证明体系内存在有丙烯酸丁酯。这说明，聚合单体均参与反应，成功制备水性丙烯酸。在1 509、1 610 cm处出现共聚物环氧酯基特征峰，1 242、1 065 cm处观察到苯醚的不对称与对称伸缩振动峰，证明成功合成了水性环氧改性丙烯酸酯树脂。观察水性有机硅改性丙烯酸酯树脂红外光谱，99 cm处有 Si—O 特征峰，844、760 cm处有Si—O—Si特征峰，说明成功合成水性有机硅改性丙烯酸酯树脂。

2.2 漆膜性能分析

表2为环氧树脂和有机硅加入量对丙烯酸酯树脂性能的影响。

表2 涂膜性能分析

由表2可知，随环氧树脂质量分数的增加，丙烯酸酯树脂吸水率有所降低，光泽度先增加后降低；当环氧树脂质量分数为10%时，出现起皱脱落和返锈的情况。因为加环氧树脂后，树脂链段变长，增加了分子量和交联度，黏度增加，溶解性变小，导致流平性变差，吸水率降低。同时，环氧树脂中羟基和醚键不易水解，提高了树脂的耐水性，故不易出现返锈现象。当环氧树脂质量分数为6%时，水性环氧丙烯酸酯树脂不起皱、不返锈，具有较好的光泽度，综合性能良好。

水性有机硅改性丙烯酸酯树脂中，增加有机硅用量，涂膜外观表现良好。因加有机硅后，体系内引入Si—O、Si—O—Si，降低表面张力同时增加了涂膜表层致密度，降低了树脂吸水率，消除树脂起皱现象，也未现返锈现象；但导致了涂膜流平性变差，降低了体系光泽度。综合考虑，有机硅质量分数为3%时较宜，树脂综合性能较好。

2.3 树脂用量对水性漆耐水性能的影响

表3为树脂用量对水性漆性能的影响。

由表3可知，当树脂质量分数增加时，水性漆耐水性先增强后减弱，即树脂用量存在最佳值。但随树脂质量分数的增加，水性漆光泽度增加，这是因为水性树脂在工业漆体系中作为成膜物存在，其用量与颜料质量分数有很大关系。颜料质量分数越小，则表面对光线反射能力相对较大，使得光泽度较高。综合考虑，选择树脂的质量分数为18%。