水性丙烯酸工业涂料光泽影响因素研究 许利莎，焦辉军，张战伟，凌芹 (石家庄市油漆厂，石家庄 050086)

0 前言 随着世界各国环保法律法规的日益完善与严格，水性涂料、高固体分涂料、粉末涂料、光固化涂料等环境友好型涂料的市场需求与日俱增。水性涂料以其低VOC、高闪点、贮存运输安全等特点成为各国研究和应用的热点。至2017年，欧美国家环境友好型涂料的产量占涂料总产量的近80%，而我国环境友好型涂料占涂料总产量不足50%。 按照国家相关政策到2018年工业行业低(无)VOCs的环境友好型绿色涂料产品比例达到60%以上。重点推进集装箱、汽车、家具、船舶、工程机械、钢结构、卷材等制造行业工业涂装VOCs排放控制。水性涂料在集装箱、汽车、家具、工程机械、钢结构等领域适宜推广应用，且前三者水性化率水平高于其他行业，钢结构、工程机械行业已经有了一些水性丙烯酸工业涂料应用的典范工程和客户，2019年会呈现更大的市场需求。如何让工程机械、钢结构最外层的面漆，从溶剂型转向水性，如何保证水性面漆的装饰性可以与溶剂型产品媲美已经成为水性工业面漆研制的技术重点。 本研究选用不同型号的水性丙烯酸乳液作为成膜物，测试了水性丙烯酸乳液的型号、用量及成膜助剂的种类对水性丙烯酸工业涂料涂膜光泽的影响。最终选择了光泽最优成膜物，制备了满足全国及京津冀地区生产和应用环保要求的产品，为钢结构、工程机械面漆应用起到了良好的装饰和防护作用。

1 实验部分 1.1 主要原材料 水性丙烯酸乳液，海能(3025，1#)、巴德富(610，2#)、HG(54C，3#)、海威(HG86，4#)、帝斯曼(XK82，5#)；成膜助剂，陶氏(二丙二醇甲醚，DPM)、伊士曼(醇酯12)、陶氏(二丙二醇丁醚，DPNB)；分散剂、消泡剂、基材润湿剂、增稠剂，BYK；防闪锈助剂，海名斯−德谦；钛白粉，美国杜邦；去离子水，自制。 1.2 实验仪器 GFJ-04高速分散机，上海现代环境工程技术有限公司；QSMⅡ型砂磨机，天津市精科联材料试验机有限公司；斯托默黏度计，上海普申化工机械有限公司；JJ500型精密电子天平，常熟双杰测试仪器厂；QSD型刮板细度计，上海天辰现代环境技术有限公司；Q-Sun氙灯老化试验箱，美国Q-Lab；BYK4446微型三角度光泽度仪，德国毕克。 1.3 基础配方 根据《水性丙烯酸树脂涂料》(HG/T 4758—2014)和《建筑类涂料与胶粘剂挥发性有机化合物含量限值标准》(DB 13/3005—2017)标准要求，结合典范客户及目标客户施工环境、施工方式、配套方案等要求，经数次模拟应用后，确定基础配方，如表1所示。 1.4 涂料制备工艺 水性丙烯酸工业面漆制备工艺：(1)在调漆罐中加入定量去离子水，在搅拌状态下依次加入分散剂、消泡剂、搅拌均匀后再加入钛白粉，1 500 r/min分散30min直至浆料呈均一状态；(2)砂磨机砂磨至细度≤40μm；(3)将称量好的丙烯酸乳液加入成品罐中，搅拌状态下依次将研磨好的水浆、成膜助剂、基材润湿剂、防闪锈助剂，搅拌充分后用增稠剂调节到合适的黏度，待用。 1.5 性能测试标准及方法 按表1配方及工艺制备的水性丙烯酸工业涂料，按照产品和环境标准及客户对光泽及性价比的要求，对涂料及涂层的各项性能按表2方法进行测试。 2 结果与讨论 2.1 水性丙烯酸乳液的型号对光泽及其他性能的影响 对于水性丙烯酸工业涂料来说，由于不同型号的水性丙烯酸乳液受单体配比、引发剂、制造工艺等因素影响，虽然在相同的Tg范围内，但其制备色漆后涂层的光泽及理化性能会存在差异。 经与水性丙烯酸乳液供应方沟通，选取耐候性合格且满足设计要求的Tg范围的水性丙烯酸乳液，在选定其他原料牌号及用量的基础上，分别选用不同型号的水性丙烯酸乳液制备出黏度60～80 KU，细度为25μm的白水性丙烯酸工业涂料。分别在国标恒温室环境下(命名GB条件)进行涂层常规理化性能检测，结合模拟客户夏季环境(30～35 ℃、湿度60%～70%，命名XJ条件)、春秋环境(15～25 ℃、湿度45%～50%，命名CQ条件)、冬季强制干燥环境(60～80 ℃、湿度40%～45%，命名DJ条件)下涂层的外观、干性、光泽、附着力等测试结果，从中选出满足各种施工环境要求的乳液品种。检测结果见表3～表6。 由表3可以看出4#水性丙烯酸乳液制备的面漆光泽最低，且相同配方制漆热储后出现胶化现象，不适宜按照该配方和工艺制漆。5#水性丙烯酸乳液制备的面漆光泽在本实验配方和工艺条件下相对较低不适宜作为高光泽水性丙烯酸工业面漆使用。1#、2#、3#水性丙烯酸乳液制备的面漆各项性能均能达到标准要求，均可在GB条件下作为制备高光泽、满足产品和环境双标准的水性丙烯酸工业面漆的成膜物使用。 由表4可以看出1#水性丙烯酸乳液制备的面漆板面出现了锈点。这是由于在夏季条件下，环境湿度较大(60%～70%)，直接导致涂膜干燥速度降低，钢板与水的接触时间延长，出现了闪锈。另外，还可以看出1#水性丙烯酸乳液制备的面漆的光泽降低，这是由于板面锈点的产生直接影响了涂膜的平整度导致光反射下降，光泽降低。XJ条件下2#和3#水性丙烯酸乳液制备的面漆光泽均较高，外观、干性及附着力均达到标准要求，可以作为高光泽丙烯酸工业面漆成膜物使用。 由表5可以看出2#和3#水性丙烯酸乳液制备的面漆均可满足CQ条件下作为高光水性丙烯酸工业面漆的成膜物使用。 由表6可以看出3#水性丙烯酸乳液制备的面漆的涂膜外观出现了针眼小泡，这是由于冬季空气湿度较小，强制干燥条件下涂膜的表干速度会比春秋季节更快。这样会使涂膜表面干燥后但涂膜里面并没有实干，涂膜中的气泡没有完全消除便把已经表干的涂膜封在了涂膜内部，致使涂膜出现气泡和痱子。2#水性丙烯酸乳液制备的面漆的涂膜外观、光泽和附着力均可满足高光泽水性丙烯酸面漆的要求，适合在DJ条件下作为高光泽水性丙烯酸工业面漆的成膜物使用。 综上所述，为满足产品质量和环保双标准以及客户四季施工条件的要求，最终确定2#水性丙烯酸乳液作为制备高光泽水性丙烯酸工业面漆的成膜物。 2.2 水性丙烯酸乳液用量对光泽的影响 涂膜光泽是涂膜表面的一种光学特征，以其反射光的能力来表示。从物理角度来看，光泽被认为是涂膜表面把投射其上的光线向镜面反射出去的能力，反射光量越大，则光泽越高。 水性丙烯酸乳液作为水性工业涂料的成膜物，其在配方中用量直接会影响颜料的体积浓度，颜料的体积浓度越大表面对光线反射能力越小，光泽就会越低；反之，光泽就会越高。以2#水性丙烯酸乳液为成膜物，在固定其他原料型号及用量前提下，分别选择不同用量的乳液制备漆液并喷板制样，考察成膜物的用量对涂层光泽的影响。测试结果见图1。 由图1可以看出，乳液用量较少时，光泽较低。这是因为乳液用量较少时不能将颜填料粒子包覆，在成膜时部分颜填料裸露在外面，形成的涂膜比较粗糙，对光的散射比较严重，因此光泽较低。随着乳液用量的增大，乳液可以将颜填料粒子包覆，所形成的涂膜致密平滑，光泽逐渐增加。当乳液用量达到一定程度光泽上升变得缓慢，综合成本考虑选择配方乳液用量在65%～70%最佳。 2.3 成膜助剂对涂膜光泽的影响 成膜助剂对聚合物起溶解和增塑作用，使乳液粒子在低温条件下能更好地融合。从镜面反射的方向上观察，若被测涂膜致密平滑、表面越“亮”，则镜面反射越强，其表面光泽度越高；反之，光泽度越低。 在固定乳液种类和用量，以及颜填料和其他助剂的用量的基础上，采用不同的成膜助剂固定加量制漆并喷板，观察不同种类的成膜助剂对涂膜光泽和表面效果的影响。检测结果见表7。 由表7可以看出成膜助剂A制备的涂膜光泽度比较低，并且板面有细小的裂纹。这可能是由于A的沸点低、蒸发速率快，另外由于其与水有很好的互溶性。作为成膜助剂还没有完全将乳液粒子融合便有一部分蒸发，有一部分溶于水或渗透到乳液粒子中，这样就不能达到表面较好的融合效果。成膜助剂B的水解稳定性非常好，可有效融合乳液粒子，成膜性能较好，有较高的光泽度且后期涂膜中残留量小。成膜助剂C对乳液溶解能力最强，涂膜的光泽度比较高，但其挥发速率比较慢。可将成膜助剂B和C按1∶1配比协同配合使用，达到较好成膜性。

3 结语 (1)乳液的型号直接对涂膜的光泽产生影响，经实验，最终确定2#水性丙烯酸乳液作为制备高光泽水性丙烯酸工业面漆的成膜物。 (2)随着乳液用量的提高，涂膜的光泽在逐步升高。但当用量达到一定量后光泽上升缓慢，经实验，选择65%～70%的乳液用量，满足客户要求。 (3)成膜助剂的种类对光泽也有一定的影响，选用成膜助剂B与C按1∶1混拼作为成膜助剂得到的涂膜平整光滑，光泽较高。 通过乳液型号和用量及成膜助剂的筛选，最终得到了光泽在85%～87%，VOCs为92.7 g/L，性价比优，满足质量和环保双标准及客户四季施工的高光泽要求的水性丙烯酸工业面漆。