李成林，田海水，高昊，杨士国，滕现勇，刘文超，肖中华，张钟瑾
衡水新光新材料科技有限责任公司
摘要：采用半连续种子乳液聚合法，以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸(MAA)、苯乙烯(St)、羟基丙烯酸酯单体、丙烯酸异辛酯(2-EHA)作为共聚单体，制备了用于双组份水性木器漆用羟基丙烯酸酯乳液． 采用粒度仪和粘度计等研究了羟基质量分数、不同品牌固化剂以及水性漆活化期等因素对漆膜性能的影响．研究发现当羟基含量在3%时，选用万华固化剂A搭配制漆，涂膜具有好的附着力，硬度，耐酒性和其他物化性能均达到水性木器漆的使用要求．
关键词：双组份水性木器漆 羟基丙烯酸酯乳液 水性固化剂
0 引言
丙烯酸乳液具有成本低、耐候性好、光泽高、环保的特点，是涂料中发展最快、品种最多的环保型涂料(1-2)。研究丙烯酸涂料的羟基值、固化速度等对基材的润湿、漆膜的强度、涂层的光泽饱和度等的影响，有利于扩大其应用领域，替代环境污染产品（3）．水性双组分丙烯酸酯聚氨酯涂料是由亲水改性含—NCO低黏度多异氰酸酯固化剂(A组分)和含—OH水性聚丙烯酸酯多元醇(B组分)组成。B组分水性羟基丙烯酸乳液具有聚合物结构可调、乳液粒子构型可设计性,且还可赋予多种功能性,是影响水性双组分涂料性能的重要因素(4)。由于羟基树脂的多样性、可调性及可功能性化等优点，使得双组份水性聚氨酯涂料具有高性能和多功能化，能满足高档木器涂料需求，是水性木器涂料研究的热点（5）。
1 试验部分
1.1 原料
甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、羟基丙烯酸酯单体、苯乙烯(St)、甲基丙烯酸\(MAA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)、丙烯酸\(AA)、过硫酸钾(KPS)、阴离子乳化剂、非离子乳化剂均为化学纯试剂市售．
1.2 合成过程
在装有温度计、冷凝管、搅拌桨和恒压滴液漏斗的四口烧瓶中加入计量的复合乳化剂、碳酸氢钠和去离子水，制备好底料后开搅拌升温至82℃稳定10min 后加入适量的引发剂（KPS）水溶液，15 min后缓慢加入15%的单体混合液，待体系呈蓝相并稳定10min开始滴加剩余单体和引发剂，全部单体加完后，升温至85℃，熟化1h后降温到50℃中和，当pH值为7.5-8.0时过滤出料。乳液合成过程调控引发剂 KPS 的浓度、混合单体的配比和滴加速度，以保证乳液聚合正常进行。
1.3 性能测试
采用旋转粘度计(NDJ－1，上海昌吉地质仪器有限公司)测定羟基丙烯酸乳液的粘度．
采用激光粒度测定仪(90Plus/BI-MAS，布鲁克海仪器有限公司) 测定羟基丙烯酸乳液的粒径．
采用铅笔画法( GB/T6739－1996) 测定羟基丙烯酸乳液固化后漆膜的硬度．
采用划格法(GB/T9286－88) 测定羟基丙烯酸乳液固化后漆膜的附着力．
采用GB/T173测试羟基丙烯酸乳液固化后漆膜的物化性能测试(耐酸碱盐性，耐酒精性)
FT-IR 红外分析：采用美国公司Nieoletis50FT-IR傅立叶红外光谱仪,采用膜反射法对涂膜交联过程进行表征，通过对比涂膜中基团特征峰的变化来研究交联反应，测量范围：400-4000cm-1
表1 羟基丙烯酸乳液的性能指标
２ 试验结果与分析
2.1 羟基乳液红外分析
羟基乳液红外分析见图1
从上图还可以看出,2600cm-1处出现羧基的特征吸收峰,3400cm-1处出现的羟基伸缩振动吸收峰,1730cm-1处出现酯基和羧基中羰基的吸收峰,1500~1 600cm-1处出现苯环的骨架振动吸收峰,在1680cm~1620cm-1之间无伸缩振动峰,说明无双键存在，胶膜中出现各单体单元的特征吸收峰,证实高聚物的存在。
2.2 羟基含量对乳液聚合稳定性的影响
采用半连续种子乳液聚合工艺,控制乳化剂用量为单体总质量的2%,阴/非离子型乳化剂质量比为1∶1,反应温度为82℃,合成了不同羟基含量的丙烯酸酯乳液,测定丙烯酸酯乳液的凝胶率,实验结果如表2所示.
通过称重法测定乳液的凝胶率，通过图1发现，随着羟基单体含量的不断增大，乳液体系的羟值提高，乳液的聚合稳定性下降。羟基含量为1%时，凝胶含量很低，而羟基含量到4%时，乳液很不稳定，凝胶含量增大，因此羟基含量确定为3%比较合适，
2.2 羟基含量与乳液粒径、附着力和硬度关系
在相同乳液聚合条件下,分别对不同羟基含量的丙烯酸酯乳液进行粒径分析,结果见表3和图2所示
由图2和表3可知,水性双组分聚氨酯涂膜的交联度和硬度随着羟值的增大而增大,而涂膜的耐介质性能和光泽并不与羟值成线性关系。随着羟基丙烯酸单体的含量增加，使羟基丙烯酸酯聚合物具有明显的亲水性，羟基在乳胶粒表面的分布较多，易与水形成水合作用，增加乳胶粒的水化层厚度，减少水的自由体积，使得乳液粒子变粗。
2.3 不同品牌固化剂对漆膜硬度的影响
不同品牌固化剂对漆膜硬度的影响见表4
从上表4可以看出，不同品牌的固化剂和羟基乳液共混制漆，所得漆膜性能在硬度、光泽和附着力有一定的差别，拜耳的两个固化剂和羟基乳液搭配制漆，漆膜性能高没有万华固化剂A的性能好，双组份水性漆性能的好坏，主要在于固化剂与乳液的相容性，如果两者相容性有差异，就导致漆膜的光泽和硬度有变化，上表可以看出万华固化剂A搭配所制备的漆膜性能最好，可能是他们两个是相容性最合适。
2.5同一固化剂制备的双组份水性漆活化期性能变化
双组分水性黏度随时间的变化趋势见表5
从表5可以看出，羟基丙烯酸酯乳液制备的双组份水性漆在放置时间拉长后，漆的粘度逐渐增大直到凝胶不能使用，双组分水性漆是有个羟基乳液中的OH和水性固化剂中的NCO发生交联反应，从而使漆膜到达高硬度的途径，在羟基乳液和固化剂共混之后，随着OH和NCO接触发生反应，漆的粘度逐渐变大，刚开始粘度变化不太到，不影响施工，当储存时间超过4小时后，漆的粘度迅速上升而影响施工，说明该乳液与固化剂混合后最好在4小时之内用完，间接证明了该水性漆是活化期在4小时左右。
３ 结论
研究结果发现采用乳液聚合工艺制备了用于水性木器漆用的羟基丙烯酸酯乳液，在该共聚体系中增加羟基单体的质量分数，乳液粒径逐渐增大、凝胶逐渐增多。根据硬度和附着力要求，调节羟基的质量分数为3%左右，选择合适的水性固化剂与之搭配制漆，最终性能达到水性木器漆漆膜硬度的要求。
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