介紹

在過去的50多年當中，以煤油形式供應的醇酸樹脂[ShuZhi]已經廣泛用于生產高質量的。最近，朝著具有[JuYou]更低含量的芳香性溶劑和更高固體含量的趨勢發(fā)展。因此，終端使用者可能使用到具有[JuYou]更低危害性的產品，并且產品對環(huán)境的影響也可以[KeYi]降至最低。

隨著關于VOC排放的限制性法規(guī)的不斷增加，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]可以[KeYi]作為一種降低VOC含量的有效工具。醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]可以[KeYi]在保持醇酸樹脂[ShuZhi]優(yōu)異的化學性的同時，用水來代替有機溶劑。

薄膜的形成及相關性質

醇酸樹脂[ShuZhi]是一種分子量相對較低的聚合物，通過多元酸和多元醇的酯化反應而制得，并用油脂或脂肪酸進行[JinXing]改性。在空氣干燥的過程中，可以[KeYi]對不飽和脂肪酸進行[JinXing]氧化，從而形成交聯(lián)網絡。由于在室溫條件下這種反應是緩慢的，因而向該配方中加入金屬催化劑（干燥劑）以加速氧化反應的進行[JinXing]。由于醇酸樹脂[ShuZhi]的分子量相對較低，因此醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]的成膜過程并不是和丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]分散[FenSan]體一樣――需要多步復雜的過程。例如，丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]分散[FenSan]體需要經過：顆粒接觸的水分蒸發(fā)階段（I）、變形階段（II）、與相互擴散的聚合物鏈結合并在高于MFT（最低成膜溫度，minimumfilm-formingtemperature）的溫度下形成連續(xù)膜（III）。

特別需要注意的是，一旦水分從醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]所制成的膜中蒸發(fā)，體系就會發(fā)生相反轉。而丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]的高粘度性可以[KeYi]防止上述相反轉現(xiàn)象的發(fā)生，并且顆粒間的界面不容易消失。因此，由醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]所制成的薄膜不再具有[JuYou]均一性。最后一步當中包含了醇酸樹脂[ShuZhi]鏈段與空氣中氧氣的反應，并形成了交聯(lián)體系。

圖 1: 丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]分散[FenSan]體和醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]的成膜示意圖

高光澤度可能性

這種改進的成膜配方所產生的直接結果是有可能形成具有[JuYou]高光度的配方。具有[JuYou]特色的是，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]可以[KeYi]在20°的條件下獲得85GU甚至更高的光澤度值；然而對于丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]分散[FenSan]體，在20°的條件下僅僅可以[KeYi]獲得50到65的光澤度值。即使近年來丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]分散[FenSan]體的新的研究進展已經促使這種類型的粘結[ZhanJie]劑有所改進，但是采用這種類型成膜機制所形成的膜始終無法獲得和采用醇酸樹脂[ShuZhi]技術所成膜相同的光澤度水平。

由于漆膜的光澤度水平與表面的粗糙度有關，因此原子力顯微鏡（AtomicForceMicroscopy，AFM）是一種方便的表征漆膜的工具。正如圖2所示，與使用傳統(tǒng)溶劑型（solvent-based，SB）醇酸樹脂[ShuZhi]相比，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]可以[KeYi]形成高質量的薄膜，薄膜具有[JuYou]低的表面粗糙度和高光澤度可能性。

圖2:SB長油醇酸樹脂[ShuZhi]、醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]配方以及丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]配方的AFM圖樣比較

盡管上述物質實際上都是乳液[RuYe]，但是最終而言，與丙烯酸[BingXiSuan]分散[FenSan]體相比，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]所成的膜與溶劑型醇酸樹脂[ShuZhi]所成的膜更接近。因此，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]所成膜與溶劑型醇酸樹脂[ShuZhi]所成膜的特點和性能相近。當然，光澤度是最明顯的特征之一；但是也具有[JuYou]醇酸樹脂[ShuZhi]技術的其它優(yōu)點：滲透性、粘結[ZhanJie]性和耐化學腐蝕性。

對多孔基體的滲透

醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]的其它性質和溶劑型醇酸樹脂[ShuZhi]的對應性質類似，但是由于它的分子量相對較低，因而對多孔性基體具有[JuYou]很好的滲透作用。這些多孔性基體包括：木材、石膏等。我們可以[KeYi]依據醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]的滲透性，選擇其作為木材浸注、木材變色或底漆的粘結[ZhanJie]劑。保證滲透性的關鍵參數(shù)為：含有氯、顆粒尺寸、分子量以及應用的黏度。

一個簡單的例子說明了粘結[ZhanJie]劑對木材等基體的滲透能力。在云杉木板上使用一種標準的醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]，并與標準的丙烯酸[BingXiSuan]分散[FenSan]體在光學顯微鏡下進行[JinXing]比較。如圖3所示，丙烯酸[BingXiSuan]粘結[ZhanJie]劑在木材表面保持完整性，因而容易成膜并且使用手指甲就可以[KeYi]從表面刮下；而醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]可以[KeYi]深入滲透到木材當中。

圖3:光學顯微鏡下觀察到的標準醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]和丙烯酸[BingXiSuan]分散[FenSan]體在木材中的滲透現(xiàn)象

自交聯(lián)水性粘結[ZhanJie]劑：

與（苯乙烯）-丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]分散[FenSan]體系不同，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]是一種真正可以[KeYi]實現(xiàn)自交聯(lián)的水性材料。在醇酸樹脂[ShuZhi]鏈的氧化作用（室溫固化）和催化劑對整個過程的加速作用下，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]可以[KeYi]形成一個交聯(lián)的3D網絡。該性質是由醇酸樹脂[ShuZhi]本身的化學性質所決定的。然而在丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]分散[FenSan]體系中，需要借助功能性單體才能形成交聯(lián)網絡。因此，由醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]所制成的有可能應用在低溫、無結合劑的情況下；并且由于交聯(lián)體系的存在，使得材料具有[JuYou]一定的硬度和耐化學腐蝕以及耐污性。

更進一步而言，由于醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]所成的膜更為均一，因而透水性得到了提高。經過干燥后所建立的交聯(lián)網絡對水的滲透阻礙作用增強。然而需要注意的是，不論醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]的化學結構如何，都必須在親水性基團存在的條件下，醇酸樹脂[ShuZhi]才能發(fā)生乳化并生成穩(wěn)定的體系。不論是內在的還是外在的（例如表面活性劑）親水性基團，都不會具有[JuYou]和標準溶劑型醇酸樹脂[ShuZhi]相同水平的疏水性。但是測試結果表明：與標準的丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]分散[FenSan]體相比，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]的液體及水蒸汽透過性與溶劑型樹脂[ShuZhi]更接近。而與丙烯酸[BingXiSuan]分散[FenSan]體相比，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]一個更大的優(yōu)點是改善了體系的耐鹽霧性能。

應用性能：

專業(yè)的油漆工，尤其是法國的專業(yè)油漆工，已經不愿意使用含丙烯酸[BingXiSuan]分散[FenSan]體的，尤其是不會將含丙烯酸[BingXiSuan]的用作墻壁。原因在于含丙烯酸[BingXiSuan]的的應用性能差。溶劑型醇酸樹脂[ShuZhi]體系由于可以[KeYi]滿足牛頓流體的分布，因而具有[JuYou]很好的應用性。此外，溶劑型醇酸樹脂[ShuZhi]體系只有在溶劑揮發(fā)的情況下體系的粘度才會逐漸增加；并且聚合物在這個過程中始終保持可溶性。當油漆工使用另一種以糾正先前使用所造成的表面缺陷時，溶劑與第一種之間仍然存在密切的關系：第一種會對醇酸樹脂[ShuZhi]鏈進行[JinXing]溶解，并且使得兩種具有[JuYou]良好的均勻性。兩者的關系可以[KeYi]生成具有[JuYou]良好的水平性和超長露天時間的漆膜。

水性分散[FenSan]體系具有[JuYou]剪切變稀的流體行為。的低切黏度通常是比較高并且難以調節(jié)的，從而導致了的流動性和流平性差，進而難以進行[JinXing]涂刷應用，并且會在干燥之后留下涂刷的痕跡。這是由于在水份蒸發(fā)的過程中，當臨界體積分數(shù)和最大聚集率接近時，黏度就會劇烈增加。當達到這個比例時，聚合物顆粒會發(fā)生不可逆的團聚現(xiàn)象。若要對表面進行[JinXing]再處理，則會在產品表面留下更多的涂刷痕跡。與標準的高分子量丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]分散[FenSan]體相比，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]由于具有[JuYou]相對較低的分子量以及相反轉成膜機制（而非結合步驟），促使了具有[JuYou]改進應用特征的的產生。產品的露天時間盡管無法達到和溶劑型一樣的水平，但是仍然得到了改善。然而它們很好的應用性能，尤其是更好的流動性和流平性得到了油漆工們的高度評價。更為均一的漆膜將會具有[JuYou]更高的光澤度、更出眾的亮度以及鏡面表面。

化學改性：

除了這些優(yōu)點之外，對醇酸樹脂[ShuZhi]的骨架進行[JinXing]化學改性可以[KeYi]促使產生具有[JuYou]更好性能的新的聚合物分子。我們可以[KeYi]設想使用丙烯酸[BingXiSuan]、異氰酸酯、硅樹脂[ShuZhi]對其進行[JinXing]改性。

特別地，聚氨酯改性可以[KeYi]改善的干燥性能、硬度、耐磨損、耐刮擦性以及耐水和耐化學腐蝕/耐污性。

通過聚氨酯改性的粘結[ZhanJie]劑在包括建筑和工業(yè)領域在內的很多領域中都有所應用。例如，可以[KeYi]用在高質量的、清漆、地板、防銹底漆、高光面漆以及直接用于金屬領域中。室外應用要求粘結[ZhanJie]劑中含有IPDI（因為TDI會使的室外耐久力較差）。

使用丙烯酸[BingXiSuan]進行[JinXing]改性可以[KeYi]在提高的耐久力的同時，保持醇酸樹脂[ShuZhi]在滲透性方面的優(yōu)點，從而可以[KeYi]選擇其作為木器尤其是木材著色。

醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]與其它水性原料的共混

廣泛用于水性的丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]具有[JuYou]優(yōu)于醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]的優(yōu)點，尤其表現(xiàn)在具有[JuYou]低的泛黃性、良好的耐候性、快速的物理干燥性以及良好的光澤度保持性。

另一方面，光澤度、滲透性、粘結[ZhanJie]性、硬度以及交聯(lián)性這些性能并不是丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]本身所具有[JuYou]的。市場要求丙烯酸[BingXiSuan]樹脂[ShuZhi]在不犧牲薄膜性能的前提下具有[JuYou]低的MFT值。這一要求仍然是市場對樹脂[ShuZhi]生產商的一項挑戰(zhàn)。為了獲得良好的低溫成膜性能，良好的耐粘結[ZhanJie]性和硬度，并保持其良好的彈性，生產商們需要研發(fā)一種具有[JuYou]特定顆粒結構的聚合物，但是生產商們并不容易使產品達到這一要求。

因此，我們?yōu)槭裁床粚⒋妓針渲琜ShuZhi]乳液[RuYe]技術與丙烯酸[BingXiSuan]分散[FenSan]技術結合起來以獲得二者的最佳性能？

圖4:丙烯酸[BingXiSuan]分散[FenSan]體與醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]的共混

通過對醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]和丙烯酸[BingXiSuan]分散[FenSan]體進行[JinXing]仔細選擇，是有可能發(fā)現(xiàn)二者的相容體系的。正如圖5所示，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]甚至可以[KeYi]作為丙烯酸[BingXiSuan]分散[FenSan]體的真正的結合劑，降低MFT值，從而允許傳統(tǒng)的高玻璃化轉變溫度丙烯酸[BingXiSuan]分散[FenSan]體的使用。

圖5:醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]MFT的降低

圖5不僅表示了醇酸樹脂[ShuZhi]的加入對MFT降低的影響，還暗示了哪一項（醇酸樹脂[ShuZhi]或丙烯酸[BingXiSuan]）是共混物中的連續(xù)相。由醇酸樹脂[ShuZhi]和丙烯酸[BingXiSuan]的比例所決定，成膜將會更加“醇酸樹脂[ShuZhi]化”或者更加“丙烯酸[BingXiSuan]化”。產品最終的表現(xiàn)性能將由二者的比例所決定。

這也反映了兩種技術互相作用的效果。

除了與（苯乙烯）-丙烯酸[BingXiSuan]共混外，醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]還可以[KeYi]與聚氨酯分散[FenSan]體等其他水性物質混合。

當然，最終的體系并不是最完美的，但是卻可以[KeYi]將兩種技術的性能進行[JinXing]折衷而獲得當今任一單一技術所無法得到的性能。配方師在配制具有[JuYou]低VOC值的高性能時，也因為技術的結合而擴大了粘結[ZhanJie]劑的可選性。

結論

醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]為配方師們提供了一個強有力的技術解決方案。醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]可以[KeYi]作為單獨的粘結[ZhanJie]劑而獲得其他標準的水性技術所難以達到的表現(xiàn)性能。但是更進一步而言，當將醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]與其他水性粘結[ZhanJie]劑（尤其是[苯乙烯]-丙烯酸[BingXiSuan]分散[FenSan]體）聯(lián)用時，可以[KeYi]起到互相促進的作用，從而生產出具有[JuYou]低VOC值的高性能。

醇酸樹脂[ShuZhi]另外引人注意的一點是：該技術是一項真正的“綠色技術”。其原材料在很大程度上都是可再生的或者甚至是具有[JuYou]生物降解性的。醇酸樹脂[ShuZhi]乳液[RuYe]在不需要聚結劑的情況下，就可以[KeYi]生成具有[JuYou]極低VOC值且對環(huán)境影響最小的。