傳統(tǒng)溶劑型涂料在生產(chǎn)和使用過程中所釋放的有機揮發(fā)性物質(zhì)（VOC）產(chǎn)生的污染，目前被排在汽車之后，列為城市主要污染源。隨著科技進步和經(jīng)濟的高速發(fā)展，資源和能源的匱乏已引起世界各國的重視，節(jié)資節(jié)能，保護環(huán)境，是世界涂料界面臨的主要問題。作為溶劑型涂料替代品之一的水性涂料，已受到世界各國的重視。

      可作水性涂料基料的樹脂包括醇酸、環(huán)氧、丙烯酸、聚氨酯和聚酯樹脂等。其中丙烯酸改性環(huán)氧樹脂的應(yīng)用前景非常廣泛，特別適用于水溶性涂料。它既具有環(huán)氧樹脂的高模量、高強度、耐化學(xué)品性、優(yōu)良的防腐性，又兼有丙烯酸樹脂的光澤、豐滿度、耐候性好等特點，以其為基料制備的涂料具備優(yōu)良的使用性能。

      本文采用二步法自制環(huán)氧丙烯酸乳液，其制備工藝比較簡單，性能穩(wěn)定；然后以自制的水性丙烯酸改性環(huán)氧樹脂為主體樹脂，選用水性氨基樹脂作為交聯(lián)劑，研制了水性環(huán)氧丙烯酸氨基烘烤漆，該漆的特點是：漆膜硬而堅韌，光澤度高，對金屬基材附著力強，機械強度高，耐水、耐化學(xué)品和耐腐蝕性好，穩(wěn)定性好，性能堪比溶劑型產(chǎn)品。

    1  合成部分

    1.1  主要原料

      1009環(huán)氧樹脂，工業(yè)級；1001環(huán)氧樹脂，工業(yè)級；甲基丙烯酸甲酯（MMA），工業(yè)級；丙二醇丁醚（PnB），工業(yè)級；苯乙烯（St），工業(yè)級；丙烯酸（AA），工業(yè)級；磷酸（H3PO4），分析純；過氧化苯甲酰（BPO），化學(xué)純；正丁醇，化學(xué)純；N-N二甲基乙醇胺，化學(xué)純。

    1.2  主要設(shè)備及儀器

    500mL四口燒瓶，電動攪拌器，回流冷凝管，電熱煲，溫度計，分液漏斗等。

    1.3  工藝步驟

    1.3.1  自乳化改性環(huán)氧樹脂的接枝共聚反應(yīng)

      將以上制得的環(huán)氧樹脂體系，在溫度為80℃時，在高速攪拌下滴加去離子水至體系的粘度突然下降。此時體系由油包水轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，再高速攪拌一定的時間，即可制得穩(wěn)定的水性環(huán)氧丙烯酸乳液。

    2  制漆部分

    2.1  主要原料

      水性丙烯酸改性環(huán)氧樹脂，自制；氨基樹脂，氰特公司；炭黑粉，上海焦化總廠；丁醇，工業(yè)級；流平劑、消泡劑、分散劑，德國畢克；KC促進劑、增稠劑，臺灣德謙；去離子水。

    2.2  實驗配方

    原材料用量（質(zhì)量分）/份

    炭黑粉30

    分散劑25

    消泡劑10.1

    去離子水145

    丙烯酸改性環(huán)氧樹脂（28%）1189

    氨基樹脂（85%）97.5

    去離子水285.8

    消泡劑20.8

    流平劑1.5

    KC促進劑4.5

    丁醇30

    增稠劑6

    2.3  制漆工藝

      將去離子水1、分散劑加入漆缸中，充分攪拌后，加入炭黑和消泡劑1，然后通過砂磨機將細度磨至25μm以下，先制成黑漿；將黑漿、自制環(huán)氧丙烯酸乳液、氨基樹脂、去離子水2、消泡劑2、流平劑、KC促進劑混合在漆缸中，用高速分散機分散均勻，在分散的情況下緩慢的加入丁醇，最后加入增稠劑調(diào)節(jié)粘度，過濾，出料。

    2.4  涂膜性能指標

      180℃下烘烤12min后，按照溶劑型烤漆國家標準，涂膜的各項性能測試結(jié)果如表1所示。由表1可見：水性環(huán)氧氨基烘烤漆的性能均已達到溶劑型環(huán)氧氨基烘烤漆的標準。

    表1  水性環(huán)氧氨基烘烤漆的性能

    3.1  環(huán)氧樹脂的選擇

      環(huán)氧樹脂的相對分子質(zhì)量不同對涂料的性能有著不同的影響。相對分子質(zhì)量在3000以上的環(huán)氧樹脂，環(huán)氧值較低，交聯(lián)度小，固化后漆膜太軟。而相對分子質(zhì)量在100以下的環(huán)氧樹脂固化后漆膜較脆，耐水性不好，配漆后使用期限太短，且合成工藝較復(fù)雜，施工時不方便。為獲得優(yōu)良的綜合性能，本文中自制的環(huán)氧丙烯酸乳液選用1009環(huán)氧樹脂和1001環(huán)氧樹脂按一定比例混合。

    3.2  引發(fā)劑及中和劑的影響

      接枝共聚反應(yīng)常采用過氧化物自由基引發(fā)劑，常用的引發(fā)劑有：過硫酸鹽、叔丁基過氧化苯甲酰和過氧化苯甲酰等。過硫酸鹽分解產(chǎn)生的離子對涂膜的防銹能力產(chǎn)生負面影響，因此我們在實驗中選用過氧化苯甲酰，一方面減少了涂膜中殘留離子對防銹性能的危害；另一方面它的自由基對主鏈的奪氫能力較強，接枝的傾向較大，效率高。引發(fā)劑用量須控制在環(huán)氧樹脂質(zhì)量的2%~5%。

      環(huán)氧樹脂和丙烯酸接枝共聚物最終需用有機三級胺中和成鹽后才能穩(wěn)定地在水中分散，不能用氨水，因為氨水作中和劑將會產(chǎn)生多余的電解質(zhì)離子，對防銹性能產(chǎn)生不良的影響。常用的胺有：三甲胺，N，N-二甲基乙醇胺、乙基甲基乙醇胺、二甲基乙醇胺、二甲基苯胺等以及它們的混合物，本實驗采用N，N-二甲基乙醇胺，其用量以將最終乳液的pH值調(diào)至7.0~7.5為宜。

    3.3  溫度的影響

      環(huán)氧樹脂與丙烯酸及其酯類單體的接枝共聚反應(yīng)必須在較嚴格的溫度控制下進行。溫度太低時，主要發(fā)生丙烯酸及其酯類單體之間的聚合反應(yīng)，得到的產(chǎn)物不穩(wěn)定；溫度太高時，引發(fā)劑分解速度太快，引發(fā)效率太低，導(dǎo)致了最終產(chǎn)物不穩(wěn)定。我們通過大量試驗得出最佳的反應(yīng)溫度為100℃左右。

    3.4  氨基樹脂的選用

      氨基樹脂是多功能團的聚合物，其在體系中起交聯(lián)固化的作用，其主要反應(yīng)是樹脂中的羥甲基和烷氧基與丙烯酸改性環(huán)氧樹脂中的羥基進行反應(yīng)，獲得三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。