摘要：在水性醇酸树脂合成过程中，引入苯甲酸刚性基团，制备出水性醇酸树脂，并用该醇酸树脂搭配水性氨基树脂制备烘烤型水性氨基烤漆，该产品光泽高，性能优异。此外，对影响树脂和漆膜性能的因素也进行了分析总结。

关键词：醇酸树脂；水溶性；氨基树脂；烤漆

0　引言

近年来，随着民众的环保意识增强和各国环保法规的日渐严格，降低涂料中的VOC含量已成为涂料研究的重点。醇酸树脂具有优异的耐候性、柔韧性和涂刷性，且硬度和光泽都比较好，广泛应用于大型管道、车辆、钢结构、铁道及建筑等的装饰及轻防腐领域。在涂料水性化的大背景下，氧化干燥型的水性醇酸树脂实干慢、易黄变、丰满度和耐水性差的弱点，使其在应用方面受到限制。

如果在烘烤情况下，水性醇酸树脂分子上的羟基、羧基与水性氨基树脂分子上的羟甲基、烷氧基进行缩合反应，固化后的漆膜比氧化干燥形成的水性醇酸树脂漆膜具有更高的硬度，耐候性及耐化学品性也有大幅度提升。

醇酸树脂的水性化是在醇酸树脂中引入羧基，用胺中和后形成盐类化合物，再加入一定量的助溶剂，制备成水性醇酸树脂。常规的水性醇酸氨基烤漆中的水性醇酸树脂用间苯二甲酸制备，但由于间苯二甲酸的反应需要较高温度，在反应过程中需要提供足够高的醇超量，所以使制备的树脂透明度变差，从而导致氨基烤漆的光泽较低，提高光泽的方法如果是在烘烤氧化交联时提高氨基树脂的比例，那样成本就会有大幅度的升高。

本文用豆油酸合成水性醇酸树脂，在提高醇酸树脂油度的同时，引入苯甲酸，使树脂分子链上有大量刚性基团，用以提高水性醇酸树脂的干性，之后用该树脂和水性氨基树脂在160 ℃烘烤30 min，制备了性能优异的高光泽水性醇酸氨基烤漆。此外，本文还对影响树脂、漆膜的因素进行了分析总结。

1　试验部分

1.1　原材料及仪器设备

豆油酸（碘值120 ~ 140 g）、苯甲酸（陕西振凯）、三羟甲基丙烷（艾科试剂）、间苯二甲酸（南京华虹化工）、偏苯三酸酐（山东维艾恩）、钛酸丁酯（南京优普化工）、二甲苯（河南利得源化工）、乙二醇单丁醚（汉克化工）、丙二醇单甲醚（汉克化工）、三乙胺（河北石家庄金纳化工）、水性氨基树脂（鸿昶新材料）、钛白粉R-2196（无锡豪浦）、炭黑C611（天津亿博瑞）、BYK-346（毕克化学）、AMP-95中和剂（陶氏化学）、810（迪高）、1010（海明斯）。

加热套（西安予辉）、搅拌器（上海标本模型）、三口烧瓶、冷凝管、温度计、真空泵（郑州杜甫仪器）、振荡机、高速分散机（上海现代环境工程技术）、碱式滴定管、烘箱（西安予辉）。

1.2　苯甲酸改性水性醇酸树脂的制备

将豆油酸、苯甲酸、间苯二甲酸、三羟甲基丙烷、二甲苯和钛酸丁酯加入带有搅拌器和温度计的三口烧瓶中，加热至180 ~ 200 ℃保持2 h，升温至210 ~ 240 ℃，至酸值≤10 mgKOH/g，降温至160 ℃后再加入偏苯三酸酐，升温至180 ℃保持至酸价在35 ~ 45 mgKOH/g之间，抽除回流二甲苯，Z后降温至120 ℃，加入乙二醇单丁醚和丙二醇单甲醚，搅拌均匀后过滤即可。

水性醇酸树脂检测结果见表1。

表1 水性醇酸树脂检测结果

1.3　水性醇酸氨基烤漆

1.3.1　水性醇酸氨基烤漆的配方

水性醇酸氨基烤漆的配方见表2。

表2 水性醇酸氨基烤漆配方

1.3.2　水性醇酸氨基烤漆的制备

1）将去离子水、BYK-346、810、水性醇酸树脂加入反应釜内，搅拌均匀后加入APM-95中和剂调整pH至8.0 ~ 8.5，加入钛白粉，研磨至细度≤30 μm。

2）加入水性氨基树脂及1010搅拌均匀，调整pH至8.0 ~ 8.5，过滤包装。

1.3.3　水性醇酸氨基烤漆的检测结果

水性醇酸氨基烤漆按照GB 1727—1992中 6.2规定制板，在140 ℃烘烤40 min，水性醇酸氨基烤漆的检测结果见表3。

表3　水性醇酸氨基烤漆的检测结果

2　结果与讨论

2.1　脂肪酸的影响

在醇酸树脂的合成过程中可以根据需要选择脂肪酸，亚油酸为不饱和脂肪酸，具有较长的碳链及共轭双键结构，可以提高醇酸树脂的干性及硬度，但易黄变，且成本比较高；椰子油酸制备的树脂颜色浅，硬度高，成本也比较高；豆油酸为半干性油酸，所得树脂干性好，颜色浅，不易黄变，原料易得。

醇酸树脂的硬度和干性受油度的影响较大，油度越短，干性越好，硬度越高，但柔韧性及耐冲击性越差；油度越长，干性越差，硬度越低，但柔韧性及耐冲击性越好；综合成本、树脂性能，选择变色性小的豆油酸为原料，用苯甲酸提高树脂的干性及硬度。

其次，油度越短，羟值越高，同氨基树脂热固化的速率越快、交联密度就比较大，涂膜干燥速度快、光泽高、硬度高；反之，油度较长时，漆膜柔韧性和耐冲击性好。经过大量试验综合研究，油度在42%时漆膜综合性能较好，此时羟值约为120 mgKOH/g。

2.2　多元醇的影响

在水性醇酸树脂合成时常见的多元醇中，三羟甲基丙烷的1个烷基支链可以减少3个伯羟基之间的作用力，改进了树脂和助溶剂的混溶性，水溶性明显改善，并降低了醇酸树脂的黏度；由于烷基支链对酯基起屏蔽作用，隔离水分子的进入，使得含有三羟甲基丙烷醇酸树脂的水解稳定性较甘油或季戊四醇形成的树脂有明显提高。

2.3　多元酸的影响

制备水溶性醇酸树脂时，由于邻苯二甲酸酐的邻位效应，醇酸树脂相对分子质量低，漆膜干性不好且硬度低，易水解；但采用间苯二甲酸可以提高树脂的相对分子质量，提高硬度和缩短漆膜的干燥时间，由于间苯二甲酸不存在邻位效应，因此不易水解，贮存稳定性更好。

2.4　苯甲酸用量的影响

苯甲酸具有刚性基团，能提高醇酸树脂的干性及硬度，经过试验确定羟基值为120 mgKOH/g、苯甲酸用量不同时对漆膜性能的影响，见表4。

表4 苯甲酸用量对漆膜性能的影响

综合各项性能，苯甲酸的用量为5%时，氨基烤漆性能Z佳。

2.5　改性水性化官能团的选择

已知缩聚阶段合成的短油度醇酸树脂通过引入羧基以实现水性化，Z常用的方法是使用偏苯三酸酐（TMA） 的酸酐与醇酸树脂上的羟基反应，得到水分散性树脂；由于一分子TMA同一分子醇酸树脂反应引入2个羧基，效率相对比较高，酸酐基团打开形成的羧基活性与其本身活性差别也较大，可以有效避免第二阶段反应造成的凝胶化问题；因此偏苯三酸酐引入的羧基不仅可提高树脂的亲水性，也可增大交联密度。

2.6　酸值对树脂性能的影响

树脂的酸值对水溶性醇酸树脂的稳定性影响很大，酸值越高，水溶性越好，但漆膜耐水性会变差；若酸值降低，水溶性和光泽会变差；试验发现，Z终酸值在35 ~ 45 mgKOH/g时树脂的水溶性和光泽等综合性能相对较好。

3　结语

以豆油酸、苯甲酸、间苯二甲酸、偏苯三酸酐、三羟甲基丙烷为原料合成了水稀释型醇酸树脂，其树脂油度为42%，苯甲酸含量5%，羟值为120 ~ 140 mgKOH/g，酸值为35 ~ 45 mgKOH/g时，该树脂具有良好的水稀释性及贮存稳定性。该树脂与氨基树脂4∶1混合，在160 ℃烘烤30 min，可制得性能优异的水性氨基醇酸烤漆。

（详情见《现代涂料与涂装》2018-3期）