高固體分樹脂的制備及其在鋼結構防腐外面漆中的應用研究

周文杰 （上海麥加涂料有限公司，上海 201800）

0 引言

在鋼結構防腐涂裝中，外面漆通常采用聚氨酯面漆。在環保壓力及水性產品無法完全滿足性能要求的情況下，高固體分、低VOC（揮發性有機化合物）含量的聚氨酯面漆無疑是主流選擇。通過用丙烯酸單體、相對分子質量調節劑對基礎醇酸樹脂加以改性，獲得高固體分、低黏度、低羥值、低VOC含量的樹脂。該樹脂兼備醇酸樹脂的高豐滿度、價格低廉，以及熱塑性丙烯酸樹脂快干、耐候性、耐化學腐蝕性優良、保光保色性突出等優點，以其為基料制備主劑，采用六亞甲基二異氰酸酯基聚異氰酸酯為固化劑，制備了高固體分、低VOC的鋼結構防腐外面漆。該面漆易施工，涂膜干燥快、硬度增長快、耐候性佳且性價比高，是鋼結構防腐涂裝的理想外面漆。

1 試驗部分

1.1 高固體分樹脂的制備

采用加聚法，選用丙烯酸單體、基礎醇酸樹脂等材料制備高固體分樹脂。首先制備基礎醇酸樹脂，其醇超的—OH可以和—NCO反應，再采用滴加的方式將丙烯酸單體接枝到基礎醇酸樹脂上，以此獲得滿足要求的高固體分樹脂。

1.1.1 參考配方

高固體分樹指的參考配方見表1。

表1 高固體分樹脂的配方Table 1 The formula of high solid resin

1.1.2 高固體分樹脂的制備工藝

將組分1中的脂肪酸、季醇、苯酐、順酐、DBTO、二甲苯（回流）投入到帶有攪拌、溫控、冷凝器、分水器、滴液漏斗、通N2裝置的四口燒瓶中，緩慢升溫至（200±2）℃保持，酯化至酸值≤5 mgKOH/g，然后降溫至130 ℃以下，投入二甲苯①稀釋，制得基礎樹脂，備用。

將組分2中的TBPB①、St、MMA、BMA、相對分子質量調節劑混合均勻后投入到滴液漏斗中，在（120±2）℃下滴加到基礎樹脂中，在規定的時間內滴完后保持1 h。然后將二甲苯②、TBPB②混合均勻后投入至滴液漏斗中，在（120±2）℃下開始第2次滴加，在規定的時間內滴完，保持1 h后降溫、過濾、出料，制得高固體分樹脂，其技術指標見表2。

表2 高固體分樹脂的技術指標Table 2 The technical index of high solid resin

1.2 鋼結構防腐外面漆的制備

鋼結構防腐外面漆的配方見表3。

表3 鋼結構防腐外面漆的配方Table 3 The formula of anticorrosive exterior topcoat for steel structure

鋼結構防腐外面漆的制備工藝如下：

將高固體分樹脂投入至配料缸中，開啟攪拌（500～ 600 r/min），依次投入羧酸鹽分散劑、有機膨潤土、氣相二氧化硅、鈦白粉、酞菁藍，繼續攪拌（1 000～ 1 200 r/min）10 min，制成預分散漆漿。

將預分散漆漿過砂磨機，研磨至細度≤30 μm，接入調漆缸中，開啟攪拌（500～600 r/min）并投入聚酰胺蠟漿，繼續攪拌（2 000～2 200 r/min）10 min。待聚酰胺蠟漿分散結束后，繼續攪拌（800～1 000 r/min），依次投入二月桂酸二丁基錫、有機硅消泡劑、有機硅流平劑、二甲苯、醋酸丁酯、PMA，分散5 min，制得鋼結構防腐外面漆的A組分，與B組分六亞甲基二異氰酸酯基聚異氰酸酯按配比混合均勻后即可使用。施工時按照m（A）∶m（B）=10∶1的比例將兩者混合均勻，加入5%稀釋劑［m（二甲苯）∶m（醋酸丁酯）∶m（PMA）=5∶4∶1］，用高壓無氣噴涂機進行噴涂，施工狀態下VOC為380～400 g/L，濕膜厚度200～250 μm，無流掛、無氣泡、漆膜平整，與前道涂層配套良好，完全可以滿足要求。

鋼結構防腐外面漆的性能指標見表4。

表4 鋼結構防腐外面漆的性能指標Table 4 The technical index of anticorrosive exterior topcoat for steel structure

2 結果與討論

2.1 基礎醇酸樹脂中多元酸的選擇

在制備基礎醇酸樹脂時，若選擇含有共軛雙鍵的不飽和脂肪酸并且用量過多時，其會與丙烯酸單體聚合反應過快并膠化，不易控制。而且這種1，4加成的主反應同時消耗了不飽和脂肪酸的雙鍵，影響漆膜的氧化交聯干燥。因此，本研究選擇含非共軛雙鍵的不飽和脂肪酸，同時引入順酐增加基礎醇酸樹脂中的共軛雙鍵反應活性點，用于和丙烯酸單體共聚。但順酐用量要適宜，用量過少，無法與丙烯酸單體有效聚合；若用量過多，則易引起膠化。設計順酐的不同用量，考察了其對高固體分樹脂性能的影響，結果見表5。試驗表明：當順酐用量在2 %～4 %時，合成的基礎醇酸樹脂可與丙烯酸單體進行有效聚合。

表5 順酐用量對高固體分樹脂性能的影響Table 5 Effects of maleic anhydride dosage on the performances of high solid resin

2.2 基礎醇酸樹脂反應深度的影響

在合成高固體分樹脂時，基礎醇酸樹脂反應深度要控制在合適的范圍之內，如果反應深度過高，與丙烯酸單體聚合時所得共聚物的黏度會過高，達不到樹脂低黏度的要求。設定不同的基礎醇酸樹脂反應深度，研究其對高固體分樹脂黏度的影響見表6。表6結果表明，當基礎醇酸樹脂的反應深度控制在95 %～96 %時，可滿足要求。

表6 基礎醇酸樹脂的反應深度對高固體分樹脂黏度的影響Table 6 Effects of reaction depth of basic alkyd resin on the viscosity of high solid resin

2.3 制備高固體分樹脂引發劑的選擇

增加引發劑的用量，可增加反應活性點，提高反應速率，降低聚合物的相對分子質量，進而降低樹脂黏度。但如果引發劑的用量過高，就會產生較多的游離體，降低樹脂的耐老化性，也會增加不安全因素，本試驗選擇TBPB為引發劑。TBPB在室溫下穩定，儲運方便，制備的樹脂相對分子質量分布較窄，有利于提高樹脂的固體分，試驗表明，TBPB的用量以0.4 %為宜。

2.4 聚合反應溫度的選擇

聚合反應溫度越高，引發劑分解得越快，則自由基濃度越高，加快了鏈增長和鏈終止，既加快了聚合速率又降低了聚合度。此外，隨著反應溫度的升高也提高了溶劑的鏈轉移速率，降低了聚合物的相對分子質量及樹脂黏度。但溫度過高，則反應難以控制。所以聚合溫度的選擇要參照引發劑的半衰期并與溶劑的沸點相適應，通過試驗，本研究選擇溶解力好、鏈轉移性及沸點適中的二甲苯為溶劑，確定120 ℃為最佳的聚合反應溫度，采用滴加的方式可使反應平穩可控。

2.5 丙烯酸單體用量的影響

丙烯酸單體的用量直接影響涂膜的硬度、干燥時間、耐老化性，若用量過低，對涂膜的以上性能沒有明顯提高；若用量過大，樹脂中游離單體增加，相溶性、耐老化性變差。本試驗設計適宜的丙烯酸酯玻璃化轉變溫度（Tg），丙烯酸單體用量為30 %～40 %即可。丙烯酸單體的用量對鋼結構防腐外面漆性能的影響見表7。

表7 丙烯酸單體用量對鋼結構防腐外面漆性能的影響Table 7 Effects of acrylic acid dosage on the performances of anticorrosive exterior topcoat for steel structure

2.6 相對分子質量調節劑用量的影響

相對分子質量調節劑起到鏈轉移的作用，可降低聚合物的相對分子質量及樹脂黏度。隨著相對分子質量調節劑用量的增加，樹脂黏度逐步降低，但其增加到一定量后，樹脂黏度不再變化。試驗表明，相對分子質量調節劑的用量以1 %～2 %為宜（表8）。

表8 相對分子質量調節劑用量對高固體分樹脂黏度的影響Table 8 Effects of molecular weight regulator dosage on the viscosity of high solid resin

2.7 防流掛助劑的選擇

鋼結構防腐面漆在高壓無氣噴涂時極易出現流掛問題，試驗表明，將聚酰胺蠟和氣相二氧化硅搭配，可有效解決面漆的流掛問題。

2.8 消泡劑的選擇

鋼結構防腐面漆在高壓無氣噴涂時極易出現氣泡，試驗表明，有機硅消泡劑可有效解決氣泡問題。

2.9 固化劑的選擇

針對鋼結構防腐面漆，可選用的多異氰酸酯固化劑很多。考慮到對涂膜性能要求較高，本研究采用六亞甲基二異氰酸酯基聚異氰酸酯作為固化劑，該固化劑具有優異的耐老化性和防腐性。

3 結語

采用加聚法制備了高固體分、低黏度、低羥值的高固體分樹脂，制備工藝簡單易控，原料易得。以此樹脂為基料，選擇合適的分散劑、防沉劑、防流掛助劑、消泡劑、流平劑等材料制備主劑，以六亞甲基二異氰酸酯基聚異氰酸酯為固化劑，制備了滿足要求的鋼結構防腐外面漆，此面漆VOC含量低、性價比高，可作為鋼結構防腐涂裝的理想外面漆使用。