一種環保型改性丙烯酸樹脂漆畫制備及性能研究

白 瑩，白曉梅

(1.咸陽師范學院 美術學院, 陜西 咸陽 712000； 2.北部灣大學，廣西 欽州 535000)

傳統工業漆受其原料和生產方式的影響，在制備和使用過程中，可能會排放大量揮發性有機化合物(VOC)，對生產使用者的身體帶來一些威脅，因此，用水性工業漆進行替代傳統工業漆是非常有必要的。但目前對水性漆的研究還存在問題，如相關性能達不到行業標準要求。通過在含氟聚丙烯酸酯(PFHI)添加石墨烯納米片增加其防腐性能，結果表明:GN對PFHI涂層防腐蝕性能的提升產生積極的作用；制備了梳狀有機硅氧烷改性含氟丙烯酸酯共聚物，并證實了該共聚物具有優異的熱穩定性和力學性能。以上學者的研究為環保水性漆的發展提供了一些數據參考，但他們的研究并未具體對工業漆的成分和性能進一步的探討。基于此，本文以丙烯酸酯樹脂為主要材料，設計制作了性能較為優異的工業漆，為環保水性漆的發展提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

主要材料：叔碳酸乙烯酯(AR)，佰斯特新材料；丙烯酸丁酯(AR)，伊維化工科技；丙烯酸(AR)，科建化工；二甲基乙醇胺(AR)，創贏化工；苯乙烯(AR)，明星化工；乙醇(AR)，銀潤化工；甲基丙烯酸甲酯(AR)，彥碩化工；氫氧化鈉(AR)，眾勤化工；環氧樹脂(一級)，翔合億化工科技；改性促進劑(AR)，杰西卡化工；硅烷偶聯劑(AR)，軒浩新材料科技。

主要設備：LTD60N砂磨機，利騰達智能裝備；JJ-1精密增力電動攪拌器，南北潮電子商務；GD26-FTIR-650傅里葉紅外光譜儀，東方化玻科技；YZG真空干燥箱，榮臻干燥設備；NHG60光澤度儀，三恩時科技。

1.2 試驗方法

水性丙烯酸的制備

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

(2)將稀釋劑A放入四口燒瓶中，提升反應體系溫度至142 ℃。將步驟(1)制備的混合溶液在5 h內滴加至燒瓶中，升溫至150 ℃，保溫120 min；

(3)將體系溫度降低至70 ℃，用二甲基乙醇胺將體系pH值調節為7.0，然后將稀釋劑B加入，得到水性丙烯酸酯樹脂。

水性環氧改性丙烯酸酯樹脂的制備

將環氧樹脂和改性促進劑放入水性丙烯酸酯樹脂，升溫至90 ℃、反應120 min。反應結束后降低反應體系溫度至70 ℃，用二甲基乙醇胺將體系pH值調節為7.0，保持該溫度1 h，得到水性環氧改性丙烯酸酯樹脂。

水性有機硅改性丙烯酸酯樹脂的制備

在“1.2.1步驟(1)”制作混合溶液時，加入硅烷偶聯劑。其余步驟同“1.2.1”，得到水性有機硅改性丙烯酸酯樹脂。

單組分水性丙烯酸酯樹脂工業漆制備

(1)在去離子水中溶入部分助劑，低速攪拌10 min加入顏填料；之后，中速攪拌5 min，最后高速攪拌30 min；

(2)將物料置于LTD60N型砂磨機中研磨至適合的細度，然后加入剩余助劑和成膜水性樹脂；在低速攪拌模式下混合均勻，混合時間為10 min。將適量增稠流變助劑加入，調節工業漆黏度，得到單組分水性丙烯酸酯樹脂工業漆。 助劑種類如表1所示。

表1 助劑種類

1.3 性能測試

紅外光譜分析

將待測樣品置于YZG型真空干燥箱。

用GD26-FTIR-650型傅里葉紅外光譜儀對樣品進行測定，波數為4 000～500 cm。

丙烯酸酯樹脂性能測試

涂膜外觀：通過目測觀察涂膜外觀情況；

吸水率：參照 GB/T 1738—1979測定；返繡情況：參照 GB/T 1733—1993觀察樣品返繡情況；光澤度：參照 GB/T 9724—2007用NHG60型光澤度儀對漆膜光澤度進行測定；耐水性：參照 GB/T 1733—1993測定；柔韌性：參照 GB/T 1731—1979測定漆膜柔韌性；硬度：參照 GB/T 6739—2006測定漆膜硬度；附著力：參照 GB 1720—1979測定；耐沖擊性：參照 GB/T 1732—1979測定。

2 結果與討論

2.1 FT-IR 分析

圖1為待測樣品的紅外光譜圖。

圖1 樣品紅外光譜圖

由圖1可知，在992 cm處的丁烷基特征峰證明體系內存在有丙烯酸丁酯。這說明，聚合單體均參與反應，成功制備水性丙烯酸。在1 509、1 610 cm處出現共聚物環氧酯基特征峰，1 242、1 065 cm處觀察到苯醚的不對稱與對稱伸縮振動峰，證明成功合成了水性環氧改性丙烯酸酯樹脂。觀察水性有機硅改性丙烯酸酯樹脂紅外光譜，99 cm處有 Si—O 特征峰，844、760 cm處有Si—O—Si特征峰，說明成功合成水性有機硅改性丙烯酸酯樹脂。

2.2 漆膜性能分析

表2為環氧樹脂和有機硅加入量對丙烯酸酯樹脂性能的影響。

表2 涂膜性能分析

由表2可知，隨環氧樹脂質量分數的增加，丙烯酸酯樹脂吸水率有所降低，光澤度先增加后降低；當環氧樹脂質量分數為10%時，出現起皺脫落和返銹的情況。因為加環氧樹脂后，樹脂鏈段變長，增加了分子量和交聯度，黏度增加，溶解性變小，導致流平性變差，吸水率降低。同時，環氧樹脂中羥基和醚鍵不易水解，提高了樹脂的耐水性，故不易出現返銹現象。當環氧樹脂質量分數為6%時，水性環氧丙烯酸酯樹脂不起皺、不返銹，具有較好的光澤度，綜合性能良好。

水性有機硅改性丙烯酸酯樹脂中，增加有機硅用量，涂膜外觀表現良好。因加有機硅后，體系內引入Si—O、Si—O—Si，降低表面張力同時增加了涂膜表層致密度，降低了樹脂吸水率，消除樹脂起皺現象，也未現返銹現象；但導致了涂膜流平性變差，降低了體系光澤度。綜合考慮，有機硅質量分數為3%時較宜，樹脂綜合性能較好。

2.3 樹脂用量對水性漆耐水性能的影響

表3為樹脂用量對水性漆性能的影響。

由表3可知，當樹脂質量分數增加時，水性漆耐水性先增強后減弱，即樹脂用量存在最佳值。但隨樹脂質量分數的增加，水性漆光澤度增加，這是因為水性樹脂在工業漆體系中作為成膜物存在，其用量與顏料質量分數有很大關系。顏料質量分數越小，則表面對光線反射能力相對較大，使得光澤度較高。綜合考慮，選擇樹脂的質量分數為18%。

表3 樹脂用量對水性漆性能的影響

2.4 樹脂種類對水性漆膜性能的影響

表4為樹脂種類對水性漆膜性能的影響。

表4 樹脂種類對水性漆膜性能的影響

由表4可以知，所有水性漆性能皆滿足行業標準 HG/T 4758—2014的要求，企業可根據需求選擇適合的樹脂。

3 結語

(1)紅外光譜結果表明，本研究成功合成水性環氧改性丙烯酸酯樹脂中和水性有機硅改性丙烯酸酯樹脂；

(2)在水性環氧改性丙烯酸酯樹脂中，環氧樹脂最佳質量分數為6%；在水性有機硅改性丙烯酸酯樹脂中，有機硅最佳質量分數為3%；

(3)在工業漆中，樹脂最佳質量分數為18%，此時水性丙烯酸樹脂、水性環氧改性丙烯酸樹脂和水性有機硅改性丙烯酸樹脂工業漆的光澤度分別為52、80和113，其具有優良的耐水性，不出現返銹的現象，滿足行業標準 HG/T 4758—2014要求。