1 前言

可用于水性涂料的成膜物有醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯和聚酯树脂等, 其中醇酸树脂是我国发展早、产量大的合成树脂。研制高性能水性醇酸树脂涂料, 对于生产厂商而言, 产品转型的投入和周期都更容易接受。醇酸树脂的另一优势是它基本不依赖于石油产品, 作为一种重要的战略物质, 石油价格和供应量受形势的影响很大, 而现阶段我国的石油消费在很大程度上依赖

于进口, 因此醇酸树脂具有得天独厚的价格优势。此外, 醇酸树脂的组分和性能可在很大范围内调整, 仅仅是不同的多元醇和多元酸就能得到性能各异的树脂; 而醇和酸之间官能度之比的变化可控制支化度, 树脂原料中羧基之间或羟基之间的碳原子数能调整树脂的柔软性等, 这些特点使醇酸树脂能应用于更多的领域。
 

2 醇酸树脂的水性化研究

醇酸树脂涂料具有很好的涂刷性和润滑性, 但也存在缺点: 涂膜干燥缓慢, 硬度低, 耐水性、耐腐蚀性差, 户外耐候性不佳等, 需要通过改性来满足性能要求。醇酸树脂分子具有极性主链和非极性侧链, 使其能够和许多树脂、化合物较好地混溶,为进行各种物理改性提供了前提; 此外其分子上具有羟基、羧基和双键等反应性基团, 可通过化学合成的途径引入其他分子, 这是对醇酸树脂化学改性的基础。

在设计、合成水溶性醇酸树脂及其涂装的领域已经有了大量的研究和开发。制备水溶性树脂一般有三种方法: ( 1) 成盐法: 通过酸碱反应将聚合物主链转变为可溶于水的阴阳离子; ( 2) 在聚合物中引入非离子基团; ( 3) 将聚合物转变成两性离子中间体; 其中成盐法已基本实现工业化生产。水溶性醇酸树脂与溶剂型醇酸树脂具有相同的干燥机理,但树脂种类、金属催干剂的含量和种类、施工环境的湿度、温度和溶剂组成等诸多因素都会影响水溶性醇酸树脂的干燥性能。另外水溶性醇酸树脂在贮存过程中由于酯键的水解, 会降低树脂的相对分子质量; 加之其本身的相对分子质量较低; 氧气在水中的溶解度较低等等, 导致其干燥速率比相应的溶剂型醇酸树脂小。除干燥速度较慢之外, 其早期的硬度、耐水性和耐溶剂性较差, 清漆和色漆的水解稳定性也不尽人意, 所以仍需对其改性。有机硅改性水溶性醇酸树脂: 将有机硅中间体与三羟甲基丙烷、间苯二甲酸和脂肪酸反应得到一种含羟基的预聚物, 然后与偏苯三酸酐反应再进行水性化。它具有与水溶性醇酸树脂类似的施工性能, 其干燥性能、耐候性、耐久性、耐热性和耐水解性都得到改善, 而且还显示出优良的外观和耐水性。目前水溶性醇酸树脂的研究主要集中在: 降低涂料的施工粘度, 消除水稀释过程中出现的稀释峰, 使用环保型的共溶剂, 增强涂膜的耐腐蚀性, 改善外观和降低成本, 开发具有特种功能的水溶性醇酸树脂涂料。此外, 丙烯酸改性醇酸树脂具有优良的保色性、保光性、耐候性、耐久性、耐腐蚀性及快干、高硬度, 而且兼具醇酸树脂本身的优点, 扩宽了醇酸树脂的应有领域, 因而具有较好的发展前景。Bakule 研究了丙烯酸乳液与水溶性醇酸树脂混合体系的稳定性及涂膜性能, 这种乳水稀释混合体系涂膜的化学性能良好, 而且VOC 含量较低。将丙烯酸改性醇酸树脂水性化, 一方面可采用乳液聚合法合成醇酸乳液, 这种乳液具有比丙烯酸乳液更低的成膜温度, 且不需要助溶剂就能形成美观的涂膜,其涂膜性能优于丙烯酸乳液; 另一方面可用脂肪酸法合成改性水溶性醇酸树脂, 能提高水性醇酸的耐黄变性及干燥速度。

 

3 水性醇酸树脂漆的应用

3.1 铁道车辆

随着国家经济建设的发展, 铁路客运量也大幅度增加。铁路客车的提速和更新换代, 满足了旅客对缩短旅行时间、乘坐舒适、视觉美观等方面的要求, 铁路客车用高性能防护涂料起到了重要的作用。根据防护及装饰等作用的要求, 每年仅用于新造客车的涂料用量在5000t 以上; 同时对铁路货车用漆的要求也越来越高。近二十年来, 铁道车辆用涂料及涂装经历了几次变化, 涂料档次和涂装工艺水平有较大的提高。涂料品种中的底漆由酚醛、醇酸铁红或磁化铁防锈漆改为环氧酯磷酸锌或铬酸锌底漆, 腻子由酯胶、石膏腻子逐步改为环氧酯或不饱和聚酯腻子, 面漆则由丙烯酸改性醇酸、脂肪族聚氨酯替代了普通醇酸漆。

曹立安等研制开发了水溶性厚浆醇酸树脂漆,产品已先后通过铁道部四方车辆研究所、国家涂料质量监督检测测试中心、铁道部产品质量监督检测中心检测出优异的物理机械性能、耐腐蚀性和耐候

性。
3.2 汽车工业

汽车涂料是工业涂料中用量大的品种, 在汽车工业发达的国家中处于主导地位, 一般占涂料总产量的15% ~ 20% , 因此它对涂料工业的影响具有举足轻重的作用。未来对汽车涂料要求是: ( 1)环境保护效果好; ( 2) 涂膜性能佳; ( 3) 设备投资少。汽车车身涂料是汽车涂料的主要代表, 一般由底涂层、中间涂层和面漆涂层三层或底涂层与面漆涂层两层构成。国外制造汽车底漆用的主要漆基是各种改性的环氧树脂、醇酸树脂以及一些优质的水溶性树脂。

3.3 船舶工业

船舶涂料发展的总方向是: 省力化、高效化、低毒化、功能化和省工程化以及通用化。目前3 水线以上的船壳主要是醇酸涂料, 此外还有氯化橡胶类、有机硅改性醇酸、聚氨酯改性醇酸、丙烯酸改性醇酸等, 其中93% 的船壳涂料是醇酸树脂和氯化橡胶类, 美国海军则以有机硅改性醇酸为主。苯乙烯改性醇酸树脂涂料, 具备三大特点, 即粘接力强、耐水性好、干燥速度快。由于耐水性,它一直是我国内河船舶漆产品。它的防潮、防蚀性能在军事工业、炮弹贮存和保护涂料方面亦获得应用。

3.4 建筑领域

我国建筑涂料中溶剂型涂料占60% , 内、外墙涂料以水性涂料为主, 其中低中档品种占70%,在高档产品的研发和市场推广方面, 国产品牌显得力不从心。丙烯酸醇酸涂料的特点是光泽高, 一般在90%~ 100% , 实干时间( 6~ 8) h, 并且保色、保光性优于醇酸树脂, 丙烯酸醇酸涂料性能良好且易刷涂施工, 使它成为佳民用漆品种。
 

4 展望

在国外涂料企业纷纷步入中国市场的今天, 只有大力开发具有自主知识产权的高性能涂料才能赶超世界先进水平, 水性醇酸树脂继承了醇酸树脂的优点而且可以通过改性获得良好的耐候性、耐水性、耐腐蚀性、附着力、干燥性等, 同时水性涂料大大地降低了VOC 的含量, 顺应了环保要求, 因此水性醇酸树脂涂料是有前景的发展方向。