CN100469849C - 一种醇酸树脂涂料的制备工艺 - Google Patents

一种醇酸树脂涂料的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种醇酸树脂涂料的制备工艺。按照质量份将脂肪酸30~40份,甘油20~30份,离子液体1~10份在50~100℃搅拌1~5小时后,加入苯酐35~45份,甲苯或二甲苯3~6份,于220~240℃回流反应3~5小时,冷却,稀释,过滤制得所述的醇酸树脂涂料。本发明避免了使用金属 氧化物盐类催化剂所带来的缺点,加速了酯化反应,使反应在均相条件下进行,同时减少了涂料氧化干燥所需的吸氧量,并起到了防止树脂表面结皮的效果,简化了操作程序,便于工艺条件的控制和生产管理;降低了成本,对环境污染小,适合于一定规模的工业化生产,是一项绿色洁净的工艺路线。

Description

一种醇酸树脂涂料的制备工艺
(一)技术领域
本发明涉及一种醇酸树脂涂料的制备工艺,特别涉及离子液体运用的制备工艺。
(二)背景技术
醇酸树脂涂料是由多元酸与多元醇聚合的树脂制备而成的。醇酸树脂涂料品质优良,性能独特,品种多,产量大,应用范围广泛,受到广大用户的青睐,在市场上占有的份额也逐年增长。到目前为止,它的产量已经占整个涂料工业的一半,发展前景广阔。目前主要以化学合成法进行生产。
离子液体是完全由离子组成的液体化合物,是低温小于100℃下呈液态的盐也称为低温熔融盐,一般由有机阳离子和无机阴离子所组成。研究较多的离子液体通常是由双烷基咪唑或烷基吡啶季铵阳离子与四氟硼酸、六氟磷酸及氯铝酸等酸根负离子组成。离子液体与有机溶剂相比不易挥发、不易燃易爆、不易氧化,具有较高的热稳定性,对有机物和无机物具有良好的溶解性,使反应可以在均相进行,可以提高反应的转化率和反应的选择性,也可以避免大量挥发有机溶剂的损失和对环境的污染。近年来,离子液体在有机合成工业中的应用研究已经为有机合成研究提供了一个崭新的环境,是一种绿色化学合成技术。
醇酸树脂的生产工艺流程主要经过醇解反应,酯化反应,稀释和过滤等工序来完成。在醇解反应中,是多元醇与植物油在碱性催化剂的作用下进行分子重新排列的过程,通过醇解反应使油生成甘油一酸酯和甘油二酸酯,再与苯酐进行酯化,避免甘油与苯酐直接反应,生成聚酯而与油层分离。在该反应过程中,催化剂的使用起着重要的作用,大多是金属氧化物盐类,常用氧化铅,氧化钙和氢氧化锂等。使用氧化铅催化剂,反应速度快,树脂制漆后的漆膜耐水和硬度较好;缺点是易与苯酐形成不溶盐,使树脂发浑,氧化铅高温氧化可还原成铅,会影响树脂颜色,油中的某些杂质也会使催化剂中毒,失去催化作用。由于上述原因,人们多采用氢氧化锂作为催化剂,实践证明,醇解反应效果很好。但是,催化剂的用量要准确,有一定的控制范围,使用不当会使树脂的某些性能受到影响,并且催化剂价格贵,生产成本过高,小批量生产会影响经济效益。在稀释工艺过程中,添加催干剂和防结皮剂对树脂性能的影响关系重大。催干剂的作用是1)与抗氧物质结合后沉淀而除去,缩短涂料干燥的诱导期;2)能够吸收空气中的氧,形成过氧化物,再与油中双键结合,把氧转移给油的双键,使直链状分子逐步变为网状而干燥,是涂料结膜时氧的输送者,能减少油膜吸氧的困难;3)能加速油膜吸氧时形成的过氧化键的破坏,从而形成稳定的氧化键,促进油的部分氧化,有助于油类的其他不饱和键进行直接聚合,减少涂料氧化干燥所需的吸氧量。钴催干剂是以氧化作用为主,使漆膜表面先行干燥。锌、钙催干剂本身催干性能不明显,常与钴催干剂合用才能很好地发挥作用。铅催干剂有底干的作用。锌催干剂有调节底干和表干的作用。锰催干剂的主要作用是促进漆膜内层的干燥。催干剂的适量使用可以有利于成膜。防结皮剂常常使用甲乙酮肟化合物,以防止树脂表面结皮的现象。但是其用量也需要严格控制,用量过大会影响漆膜的干燥性能。另外,在加入防结皮剂时,不能与催干剂混合一起投入,否则会使其性能失效。
(三)发明内容
为了综合现有技术中存在的问题,并达到洁净生产、简化工艺步骤和生产操作,降低成本和减少环境污染的目的,本发明提供了一种离子液体参与醇解反应、酯化反应、稀释过程的一步法生产醇酸树脂涂料新工艺,是一项节能环保的洁净生产技术。该工艺路线简单,易操作,成本低,环境友好,利于工业化生产。
本发明采用的技术方案如下:
按照质量份将脂肪酸30~40份,甘油20~30份,离子液体1~10份在50~100℃搅拌1~5小时后,加入苯酐35~45份,甲苯或二甲苯3~6份,于220~240℃回流反应3~5小时,冷却,稀释,过滤制得所述的醇酸树脂涂料。所述的离子液体如式所示:
其中,R为C1~C18的烷基,  L为下列之一:BF4、PF6、OAC、OH、CO3、HPO4、  P04、CF3SO3、N(SO2CF3)2
进一步,所述的离子液体为烷基咪唑乙酸盐、碳酸盐、氢氧化物或烷基吡啶乙酸盐、碳酸盐或氢氧化物,优选下列之一:1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、甲基吡啶乙酸盐或乙基吡啶乙酸盐。
出于成本和原料来源的考虑,反应中所述的脂肪酸选择豆油或亚麻油,优选豆油脂肪酸。
回流反应过程中,取样测定酸值,当满足产品要求后,再加入稀料稀释,出料,得到所述的醇酸树脂涂料。一般使用甲苯或二甲苯进行稀释。
以上反应中,主要经过醇解反应,酯化反应,稀释和过滤。在醇解反应中,甘油与脂肪酸在离子液体的作用下进行分子重新排列,使油生成甘油一酸酯和甘油二酸酯;然后再与苯酐进行酯化,避免甘油与苯酐直接反应,生成聚酯而与油层分离。
具体的,所述的醇酸树脂涂料制备新工艺为将34.3份脂肪酸、26.3份甘油、1~10份离子液体加入反应器,升温至50~100℃,搅拌1~5小时,加入39.4份苯酐,3~6份甲苯,220~240℃回流反应3~5小时,取样测定酸值,达到要求后,冷却,用甲苯或二甲苯稀释,过滤即得所述的醇酸树脂涂料。
在本发明中,离子液体有两个作用,一是作为醇解和酯化反应的催化剂;另一方面在稀释阶段起到了催干剂和防结皮剂的作用。
本发明与现有技术相比,其优势体现在:
1)使用离子液体做催化剂,在醇解反应工艺中,避免了使用氧化铅,氧化钙和氢氧化锂等金属氧化物盐类催化剂所带来的缺点。
2)离子液体加速了酯化反应,使反应在均相条件下进行;
3)在稀释工艺过程中,离子液体作为催干剂,促进了过氧化物的形成、与油中双键结合、把氧转移给油的双键,也能加速油膜吸氧时形成的过氧化键的破坏,促进油的部分氧化,有助于油类的其他不饱和键进行直接聚合,减少涂料氧化干燥所需的吸氧量。
4)离子液体作为防结皮剂的作用,达到了常使用的甲乙酮肟化合物防止树脂表面结皮的效果。
5)离子液体的使用,避免了需要加入催化剂、催干剂、防结皮剂的步骤,简化了操作程序,便于工艺条件的控制和生产管理;
6)降低了成本,对环境污染小,适合于一定规模的工业化生产,是一项绿色洁净的工艺路线。
(四)具体实施方式:
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案,但本发明的保护范围不限于此:
实施例1 使用1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐离子液体
将豆油34.3份,甘油26.3份,离子液体2份加入反应器,升温至100℃,搅拌3小时后,加入苯酐39.4份,甲苯3份,升温回流直至反应温度到220℃,反应3小时,取样测定酸值≤20mg KOH/g后,降温,根据树脂涂料要求用二甲苯兑稀后出料,黏度≤18s。
实施例2 使用乙基吡啶乙酸盐离子液体
将豆油34.3份,甘油26.3份,离子液体1份加入反应器,升温至80℃,搅拌3小时后,加入苯酐39.4份,二甲苯5份,升温回流直至反应温度到220℃,反应3小时,取样测定酸值≤20mg KOH/g后,降温,根据树脂涂料要求用二甲苯兑稀后出料,黏度≤18s。
实施例3 使用乙基吡啶六氟磷酸盐离子液体
将亚麻油34.3份,甘油26.3份,离子液体5份加入反应器,升温至100℃,搅拌3小时后,加入苯酐39.4份,甲苯6份,升温回流直至反应温度到220℃,反应3小时,取样测定酸值≤20mg KOH/g后,降温,根据树脂涂料要求用二甲苯兑稀后出料,黏度≤18s。
实施例4 使用乙基吡啶四氟硼酸盐离子液体
将亚麻油34.3份,甘油26.3份,离子液体6份加入反应器,升温至100℃,搅拌3小时后,加入苯酐39.4份,二甲苯3份,升温回流直至反应温度到220℃,反应3小时,取样测定酸值≤20mg KOH/g后,降温,根据树脂涂料要求用二甲苯兑稀后出料,黏度≤18s。
实施例5 使用1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐离子液体
将蓖麻油34.3份,甘油26.3份,离子液体2份加入反应器,升温至80℃,搅拌3小时后,加入苯酐39.4份,甲苯3份,升温回流直至反应温度到220℃,反应3小时,取样测定酸值≤20mg KOH/g后,降温,根据树脂涂料要求用甲苯兑稀后出料,黏度≤18s。
实施例6 使用1-乙基-3-甲基咪唑碳酸盐离子液体
将豆油36份,甘油28份,离子液体4份加入反应器,升温至50℃,搅拌4小时后,加入苯酐35份,甲苯3份,升温回流直至反应温度到230℃,反应4小时,取样测定酸值≤20mg KOH/g后,降温,根据树脂涂料要求用甲苯兑稀后出料,黏度≤18s。
实施例7 使用甲基咪唑氢氧化物离子液体
将豆油39份,甘油22份,离子液体10份加入反应器,升温至60℃,搅拌5小时后,加入苯酐43份,甲苯3份,升温回流直至反应温度到240℃,反应3小时,取样测定酸值≤20mg KOH/g后,降温,根据树脂涂料要求用甲苯兑稀后出料,黏度≤18s。

Claims (5)

1.一种醇酸树脂涂料的制备工艺,其特征在于所述的工艺为按照质量份将脂肪酸30~40份,甘油20~30份,离子液体1~10份在50~100℃搅拌1~5小时后,加入苯酐35~45份,甲苯或二甲苯3~6份,于220~240℃回流反应3~5小时,冷却,稀释,过滤制得所述的醇酸树脂涂料,所述的离子液体如式所示:
Figure A2006100536847C00021
Figure A2006100536847C00022
其中,R为C1~C18的烷基,  L为下列之一:BF4、PF6、OAC、OH、CO3
2.如权利要求1所述的醇酸树脂涂料的制备工艺,其特征在于所述的离子液体为烷基咪唑乙酸盐、碳酸盐、氢氧化物或烷基吡啶乙酸盐、碳酸盐或氢氧化物。
3.如权利要求2所述的醇酸树脂涂料的制备工艺,其特征在于所述的离子液体为下列之一:1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐、甲基吡啶乙酸盐或乙基吡啶乙酸盐。
4.如权利要求1~3之一所述的醇酸树脂涂料的制备工艺,其特征在于所述的工艺为将34.3份脂肪酸、26.3份甘油、1~10份离子液体加入反应器,升温至50~100℃,搅拌1~5小时,加入39.4份苯酐,3~6份甲苯,220~240℃回流反应3~5小时,冷却,用二甲苯稀释后再过滤制得所述的醇酸树脂涂料。
5.如权利要求1所述的醇酸树脂涂料的制备工艺,其特征在于所述的脂肪酸为豆油或亚麻油。
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