如何提高丙烯酸聚氨酯塗料的環保效能？

為應對全球氣候變化，推動構建人類命運共同體，中國已宣佈將力爭在

2030

年前實現碳達峰，在

2060

年前實現碳中和。“雙碳”目標的提出充分體現了中國作為國際大國的責任與擔當，也在倒逼我國產業進行升級轉型，碳排放管理成為一大重點。

作為塗料企業來說，塗料配方設計工作的重心已成為提高塗料效能的同時，降低塗料中揮發性有機化合物( VOCs) 含量。

丙烯酸聚氨酯塗料作為戶外防腐蝕面漆的主流材料，目前廣泛應用的羥丙樹脂固含量一般不超過50%，這導致了塗膜豐滿度不理想，大量有機揮發物對環境造成嚴重汙染。

隨著技術的不斷更新，市面上出現了

80%

固含量的羥丙樹脂，但由於其粘度大且反應活性低，製備成塗料時需要加入大量溶劑，實際施工固含量最多達到

70%

，仍然存在大量揮發性有機化合物。

但研究發現無溶劑、低粘度天冬樹脂可以有效降低丙烯酸聚氨酯塗料體系VOC含量以及提高體系乾燥速度，同時也能改善塗膜的力學效能。

聚天門冬氨酸酯樹脂（簡稱“天冬樹脂”）是一款無溶劑、低粘度樹脂，同時具有優異的耐候性、耐腐蝕性和耐磨性等綜合性能，近年來被廣泛應用於防水、防腐、地坪等領域。

天冬樹脂在化學結構上來說是一種脂肪族仲胺，是由馬來酸酯和伯二胺透過邁克爾加成聚合的一類材料的總稱，合成原理見下圖：

聚天門冬氨酸酯樹脂合成反應原理

由於二元胺主鏈結構（

X

）種類豐富多樣，常見的天冬樹脂主鏈（

X

）結構有如下幾種：

隨之合成出來的天冬樹脂效能變化幅度較大，因此我們可以透過選擇不同效能特點的天冬樹脂來製備滿足各種效能要求和特色的丙烯酸聚氨酯塗料，總的來說天冬樹脂應用在丙烯酸聚氨酯體系中有如下幾個特點：

一、

降低體系粘度以及VOC含量。

天冬樹脂固含量一般是

96%

左右，且與羥丙樹脂具有良好的相溶性，在羥丙塗料配方設計中混拼天冬樹脂可提高體系固含量，施工固含最高可達

85%

；同時天冬樹脂屬於小分子低粘度氨基化合物，粘度從

60cps

到

1000cps

不等，對於丙聚體系具有良好的稀釋性，由此可以減少揮發性有機化合物和實現厚膜塗裝。

二、

提高體系乾燥速度

。丙烯酸聚氨酯塗料一般實幹速度在

24

小時左右，而且在低溫下羥基活性低，塗層乾燥需要高溫烘烤。天冬樹脂搭配

HDI

三聚體凝膠時間一般在

2~130min

不等，其分子結構中的氨基屬於位阻型仲氨基，該基團上的活潑性氫相對於羥基上的反應活性更高，與羥丙混拼可提高體系的乾燥速度，在幾個小時內塗層的硬度就能達到拋光打磨的效果，實現較高的施工效率，且在低溫時（零下

15

攝氏度）不需要烘烤也可自幹，從而避免烘烤達到節能減排的目的。

三、

改善漆膜強度、耐磨及抗衝擊性能

。一般快乾型丙聚塗料會選擇高羥基含量的羥丙樹脂，雖然提高了乾燥速度和交聯密度，但交聯點間單鍵內旋轉會變得困難，塗膜會呈現硬而脆的特點。天冬樹脂結構中含有酯鍵側鏈的內增塑作用，在保證塗膜硬度的同時一定程度上增加了漆膜的韌性和抗衝擊性。且因其結構中含有高反應活性的仲氨基，與

HDI

三聚體反應後可形成極高密度的脲鍵，該塗膜比其他塗料具有更好的強度和耐磨性。

透過採用高固含量羥基丙烯酸樹脂

1753

與天冬聚脲樹脂

F520

按照

1：1

比例混拼後搭配

HDI

三聚體制備成塗膜對上述特點進行了驗證。

樹脂

1753

基礎指標

樹脂

F520

基礎指標

塗料效能指標

從上述試驗結果可知，

天冬樹脂可以明顯提高丙烯酸聚氨酯塗料的固含量、乾燥速度以及塗膜的力學效能，

根據效能需求，我們可以選擇不同結構的天冬樹脂復配羥丙樹脂製備不同效能的塗料。

目前此類方案已經廣泛應用於汽車修造、航空、大型機械、戶外鋼結構等行業，為“雙碳”目標的推進做出了較大的貢獻。