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水性环氧改性醇酸树脂及其涂料的制备

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水性环氧改性醇酸树脂及其涂料的制备
任志慧 周晓红 祝 丽 杨敬霞 贾兰英 ( 西北永新化工股份有限公司,甘肃兰州 730046)

0 引言
随着我国对环境保护要求的日益严格,不含挥发性有机化合物(VOC)或低VOC 的环保型涂料倍受青睐,水性涂料、粉末涂料和高固体分涂料因而成为涂料的发展方向。其中水性涂料以水作为分散介质,具有价格低廉、无气味、不燃、低毒等特点,使其在贮存、运输和使用过程中的安全性大大提高。本文研究了以环氧树脂为改性剂,用植物油(如蓖麻油、豆油、亚麻油等)或脂肪酸(如亚麻仁油脂肪酸、豆油脂肪酸、椰子油脂肪酸、蓖麻油脂肪酸等)为主要原料,由多元醇(如甘油、季戊四醇、三羟甲基丙烷等)和多元酸(如邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸酐、顺丁烯二酸酐等)酯化、缩聚而成的高酸值低黏度水性环氧改性醇酸树脂。通过优化配方设计,制得贮存稳定性及水溶性优良、相对分子质量分布均匀的水性环氧改性醇酸树脂,且生产工艺安全、简便。用该树脂配制的自干型或烘干型水性底漆和底面合一漆的性能指标已达到或超过同类溶剂型涂料,广泛用于金属、机器设备、汽车车桥等的涂装。
 
1 实验部分
1.1 原材料
亚油酸,季戊四醇,三羟甲基丙烷,邻苯二甲酸酐(苯酐),间苯二甲酸,顺丁烯二酸酐(顺酐),偏苯三酸酐(偏酐),苯甲酸,二甲苯,乙二醇单丁醚,氨水,三乙胺,丁醇,异丙醇,去离子水,水性催干剂,各类助剂。
1.2 水性环氧改性醇酸树脂的制备
将亚油酸或豆油酸、环氧树脂、苯甲酸、季戊四醇、邻苯二甲酸酐、三羟甲基丙烷及回流二甲苯一起加入带有搅拌器、冷凝器、温度计、油水分离器的四口烧瓶中,通入CO2 气体,缓慢升温至 180~200℃,保温酯化至酸值为 30~60 mgKOH/g,降温,加入自制助剂,保温2 h,加入助溶剂搅拌均匀,降温,加三乙胺或氨水中和,然后用去离子水兑稀成固含量为50%的水性环氧改性醇酸树脂,备用。
1.3 制漆配方及工艺
水性底漆配方见表1。
水性底漆配方
将上述物料加入调漆罐中,搅拌均匀,在砂磨机上研磨至细度合格,加入催干剂和溶剂兑稀至黏度合格,检验,包装。
1.4 涂料性能
配制底漆的性能指标见表2。
底漆的性能指标
2.结果与讨论
影响水性醇酸涂料性能的因素很多,包括原材料选择、树脂合成工艺、催干剂、温度、湿度、溶剂、贮存条件、颜填料种类、中和剂等。
2.1 脂肪酸的影响
用于合成水溶性醇酸树脂的植物油或脂肪酸的结构不同,对水溶性树脂性能的影响也不同,亚油酸、豆油酸具有较长的碳链结构及双键,漆膜干燥时间短,硬度高,耐候性好,水溶性良好。
2.2 多元醇的影响
采用季戊四醇和三羟甲基丙烷来合成水性醇酸树脂。季戊四醇价格便宜,原料易得,制成的树脂漆膜干燥快,硬度高,但其官能度高,反应不易控制,易凝胶化。三羟甲基丙烷有3 个伯羟基和1 个烷基直链,空间位阻可以在酯化中留有参与反应的羟基,再与多元酸酯化反应。三羟甲基丙烷与季戊四醇配用后,可使平均官能度降低,解决了只用季戊四醇时易凝胶化的问题,且两者配用制得醇酸树脂的水解稳定性比甘油与季戊四醇配用效果有明显提高。然后与偏苯三甲酸酐反应,可为树脂提供侧链羧基,中和成盐达到水溶的效果,提高树脂的水溶性、稳定性、极性,有效改善树脂体系黏度太大,甚至凝胶,无法中和或分散等弊病。
2.3 多元酸的影响
采用邻苯二甲酸酐制备水性醇酸树脂。苯酐反应温度低,来源广,价格适宜,但是,合成的树脂中因含有酯键,容易水解,影响了树脂的稳定性。因此,我们加入少量自制助剂,目的在于引进共轭双键,生成螺旋结构体,使酯键得到保护,可以显著提高树脂的稳定性。由于引进了干性油,可以提高树脂的干性,也避免了后期加入顺酐引起的树脂黏度增大的问题。自制助剂的加量不宜超过8%,否则,漆膜硬度会下降。将偏苯三酸酐(偏酐)接到树脂分子中,证实在稳定性、干燥时间、机械性能等方面都有显著提高,且增加了漆膜的硬度。加入偏酐是利用其反应优先选择性,即其酸酐开环的反应温度低,因而该反应能被局限于酸酐加成到聚合物,避免了由于酯化反应引起的分子间交联,且使用偏酐时消耗不多的羟基就可使树脂达到给定的酸值。
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