具有羟基官能团的水分散性丙烯酸树脂涂料是水性涂料领域不可或缺的一部分,因其改性手段多种多样,可以根据需求制备出具有耐候性、耐化学性以及耐热性等特性的复合涂料,故而能满足不同的工业性能要求,被广泛用于汽车、家具及建筑等多个工业领域。但由于现有羟基丙烯酸树脂存在固含量低、乳液粘度不易控制和羟基含量低等缺陷,会造成交联密度较低且复合涂料丰满度不足以及漆膜耐盐雾性、耐候性不足等问题。如何提高丙烯酸树脂涂料的固含量、降低涂料的粘度以及增大树脂的交联密度成为推进水分散型丙烯酸树脂涂料应用的关键因素。本探究基于水性高羟值丙烯酸树脂/异氰酸酯复合涂料的制备开展。首先通过相反转乳液聚合,利用分步滴加的方法,合成了一系列具有核壳结构的水性高羟值丙烯酸树脂(WHPA)乳液,考察了反应温度和丙烯酸酯单体分步滴加比例对所获得WHPA乳液性能的影响。另外,还调节了丙烯酸羟丙酯(HPA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和丙烯酸(AA)等功能单体的用量,对所制得的WHPA乳液进行了基础性能分析以及表观形貌、粗糙度、透射电镜(TEM)等多方面的形貌观察及相关表征,获得了最佳的WHPA乳液制备方案。其次,将WHPA乳液与六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体进行混合交联,制备了一系列不同的异氰酸酯(-NCO)基团和羟基(-OH)基团比例的水性高羟值丙烯酸树脂/异氰酸酯(WHPA/NCO)复合涂料,探究了HDI三聚体、二氧化钛(TiO2)浆料以及调漆助剂的用量对WHPA/NCO复合涂料的基础性能及复合涂层耐水性、抗冲击性和柔韧性等性能的影响。研究结果如下:(1)WHPA乳液的形貌观察、不同合成阶段的胶膜热稳定性以及红外光谱表明,通过相反转乳液聚合法成功制备了具有核壳结构乳胶粒的WHPA乳液,且核与壳之间存在一定的交联结构,其中核具有疏水性,而具有亲水性聚合物分子链。聚合工艺优化的实验表明,制备WHPA的最佳反应温度为130℃,此时引发剂的协同转化速率适中,转化效率可达到最佳。(2)当功能单体的第一步和第二步滴加比例为3:1时,WHPA乳液的固含量为47%,乳胶膜热稳定性优异。当软硬单体比例为20:54,功能单体AA用量为2.9 wt.%,GMA用量为0.9 wt.%,HPA用量为12.9 wt.%时,所获得的WHPA乳液的粘度为343 mPa·s,乳胶粒的粒径大小为143.3 nm,乳胶膜的热稳定性优异,乳液稳定性最佳。(3)通过改变功能单体HPA的用量,成功合成了不同羟值的WHPA乳液。根据流变性等基础性能分析和AFM表观形貌分析,当HPA用量为11.3 wt.%、12.9 wt.%和14.5 wt.%时,WHPA乳液表现为粘性行为,乳液稳定性高且粘度较低,可进行后续不同羟值含量WHPA乳液的应用研究。(4)WHPA与WHPA/NCO的红外光谱对比图显示,-OH能够与-NCO良好结合,制备出无沉淀且性能优良的复合涂料。随异氰酸酯固化剂的用量增加,复合涂料的干燥时间明显缩短,复合涂层的耐水性增高;TiO2的加入可以使涂层更加致密;消泡剂可以有效减少副反应的泡沫数量,降低涂膜表面的缩孔现象。当WHPA的羟值为132.3 mgKOH/g,固化剂的用量为12 wt.%,TiO2用量为30 wt.%,消泡剂用量为0.075 wt.%且流平剂和润湿剂用量均为1.25 wt.%时,复合涂料与复合涂层的耐水性、耐盐雾性和抗冲击性等各项性能达到最佳。复合涂膜的吸水率为6.0%,表面光泽为92.6°,附着力为1级,抗冲击性能优异,样板耐水长达48h,WHPA/NCO复合涂层表现出良好的综合性能。综上所述,通过相反转乳液聚合方法,采用分步滴加的方式可以成功制备出羟基含量高、具有核壳结构且稳定性优良的WHPA乳液。WHPA乳液与HDI三聚体固化交联后,可用做增强样板耐水性、耐腐蚀性和抗冲击性的户外轻防腐复合涂料。