羟基丙烯酸树脂和固化剂最佳配比（上）——相同固体含量、不同羟基含量树脂固化成膜与漆膜性能的影响因素分析

玉 渊，陆 强，林合兴，赵文斐，玉宁佳

（1.南宁市金双龙涂料有限公司，广西 南宁 530007；2.南宁振宁开发有限责任公司，广西 南宁 530022）

涂料工业中，固化剂的使用是为了促进、控制、调节固化反应的物质。对于热固性丙烯酸树脂，尤其是含羟基的丙烯酸树脂，其固化是经过缩合、闭环、加成或催化等过程完成化学交联反应[1]。只有固化剂中的-NCO基团和羟基丙烯酸树脂中的-OH基团完全反应，涂料才能从液相转变成固相，成膜物间的高分子才能形成稳定的网状结构，赋予涂料漆膜性能良好的硬度、附着力、丰满度、耐冲击强度、耐高温黄变性、耐候性、耐化学性、耐玷污性，提高涂料的使用寿命。

现实涂料制备中，由于供应树脂的厂家、价格、用途、树脂固体含量、羟值/羟基含量、黏度、酸价等因素的不同，羟基丙烯酸树脂在制作成涂料过程中所使用的固化剂配比也不同。因此，涂料生产商在获取树脂产品信息时，还需认真查阅树脂的相关技术指标。

本文以相同固体含量（NV：50%±2%）、不同羟基含量的2组羟基丙烯酸树脂为例，通过计算固化剂用量配比和漆膜性能测试，分析相同固体含量、不同羟基含量的羟基丙烯酸树脂固化成膜与漆膜性能的主要影响因素。

1 材料和实验方法

1.1 材料

A.固体含量（NV）50%±2%、羟值36的羟基丙烯酸树脂。B.固体含量（NV）50%±2%、羟值86的羟基丙烯酸树脂。C.拜耳固化剂（NCO/%=16.5%）。

1.2 制备方法

取A组100g的羟基丙烯酸树脂，取B组100g的羟基丙烯酸树脂，将A、B组各自计算好的固化剂用量、稀释剂适量调至均匀混合为止，分别涂刷在长×宽×厚＝120mm×50mm×0.3 mm的马口铁试板上，静置168h，待涂膜完全干燥适宜试验为止。

1.3 检测仪器

漆膜冲击仪、漆膜附着力测试仪、漆膜弹性测定仪。

2 固化剂用量配比计算

2.1 羟基丙烯酸树脂技术指标

A、B组羟基丙烯酸树脂技术指标分别见表1。

表1 A、B组羟基丙烯酸树脂技术指标

2.2 固化剂最佳用量配比计算

A、B组各取100g羟基丙烯酸树脂的固化剂最佳用量和配比见表2。

表2 A、B组羟基丙烯酸树脂的固化剂用量和最佳配比

3 检测结果

3.1 固化剂的用量与漆膜性能检测

为能更好地检验与判断固化剂用量对树脂固化成膜后的技术指标与漆膜外观的影响，以上述计算好的固化剂最佳用量为基础，增加2组数据，即：固化剂最佳用量减30%（以-30%代替）和加30%（以+30%代替），分别与材料中的A 、B组羟基丙烯酸树脂在常温（25℃）下进行试验。

3.1.1 A组树脂在不同固化剂用量时的漆膜性能

A组羟基丙烯酸树脂（固体含量NV：50%±2%，羟基含量：1.09%）分别与不同用量的固化剂进行配比时，漆膜性能与外观见表3。

3.1.2 B组树脂在不同固化剂用量时的漆膜性能

B组羟基丙烯酸树脂（固体含量NV：50%±2%，羟基含量：2.61%）分别与不同用量的固化剂进行配比时，漆膜性能与外观见表4。

表3 A组树脂在不同固化剂用量时的漆膜性能

表4 B组树脂在不同固化剂用量时的漆膜性能

3.2 酸价不同的树脂涂膜干燥时间检测

A、B组羟基丙烯酸树脂的固体含量相同，但酸价不同。取A、B组各100g羟基丙烯酸树脂与各自计算好的固化剂最佳用量进行配制并涂刷在马口铁板上，观察与检测酸价对涂膜干燥时间的影响(外部温度25℃)，结果见表5。

表5 酸价对涂膜干燥时间的影响

4 结果与讨论

常温（25℃）下，相同固体含量、不同羟基含量的羟基丙烯酸树脂固化成膜与漆膜性能的主要影响因素为羟基含量、固化剂用量、酸价大小。

4.1 羟基含量的影响

由表2可知，羟基含量越大时，固化剂用量也越大，反之亦然。羟基是丙烯酸树脂侧链上作为后期交联的活性官能团，作用是增大树脂的极性，改良漆膜的附着力和润湿分散性。因此，羟基含量越大，使得漆膜交联密度变大，制备出的涂料漆膜物理性、化学性、机械性能和漆膜外观越好。同时，羟基含量越大时，可加快-OH基团与-NCO基团的活性反应，提高涂料的固化交联速度和干燥时间。在现实施工中，由于羟基含量大的树脂会缩短涂料的熟化时间，加快涂料凝胶的速度，有可能使未能及时涂刷的涂料胶化从而导致涂料的浪费。

4.2 固化剂用量的影响

由表2可知，对于相同固体含量、不同羟基含量的丙烯酸树脂，当它们使用同一固化剂时，则固化剂用量和最佳配比由树脂自身的羟基含量决定。由表3、表4可知，对于相同固体含量和相同羟基含量的丙烯酸树脂，若固化剂用量添加过少，固化不充分，影响成膜物质间的交联密度，导致涂层硬度不够，漆膜冲击强度变差，由50降低到45；附着力变差，由1级变为2级；漆膜弹性变差曲度半径由0.5mm变为1.0mm。但若固化剂用量添加过多，树脂固化速度过快，影响交联强度，使得漆膜易发脆裂开，漆膜性能也变差。

4.3 酸价大小的影响

酸价，用来表示树脂中酸性物质总含量的参数，酸价的大小有助于控制树脂贮存的稳定性。酸价越大，-OH基团和-NCO基团反应活泼，提高涂膜的固化交联速度，加快了涂料凝胶速度，缩短干燥时间。由表5可知，酸价为6～8 的树脂涂膜实干的时间是40h，而酸价为2～4 的树脂涂膜实干时间是48h。酸价大则有助于树脂对颜料的分散性和润湿性，有利于提高漆膜的附着力、机械性、化学性、使用寿命。

然而，酸价也并非越大越好，这是因为：①羟基丙烯酸树脂中含有一定数量的羧基，酸价变大时羧基含量提高，而羧基具有亲水性，当涂层发生水解或氧化时，涂膜表面会形成泛白现象，导致涂膜耐水性变差；②由于酸价是衡量树脂中酸性物质大小的指标，当涂料涂刷在钢结构表面时，树脂中的酸性物质越大时，则对钢具有腐蚀作用，严重影响钢结构使用寿命；③当涂料涂刷在碱性物体表面，例如建筑用含碱性的腻子表面时，涂料中的酸性与碱性物质发生反应，影响涂膜的机械性能、化学性能和寿命。

5 结论

1）计算固化剂最佳配比时，相同固体含量、不同羟基含量的羟基丙烯酸树脂的固化剂用量由树脂的羟基含量决定。

2）通过固化剂用量对漆膜性能的影响测试可知，固化剂用量过少，影响漆膜的硬度，冲击强度和附着力变差；固化剂用量过多，影响漆膜的交联强度，使得漆膜易发脆裂开。

3）通过涂膜干燥时间测试可知，羟基含量大、酸价大的羟基丙烯酸树脂，由于树脂中的-OH基团与-NCO基团反应速度快，加快了树脂的固化交联速度、干燥时间和凝胶速度。

[1] 中国产业研究报告网.2011-2015年中国固化剂市场分析与投资前景预测报，2011.