CN102887993B

CN102887993B - 一种用于卷材涂料的水性聚酯树脂的制备方法及其应用

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Publication number: CN102887993B
Application number: CN201110201586.4A
Authority: CN
Inventors: 俞剑峰; 潘红霞; 朱梅芳; 何建文; 黄燕; 孙凌
Original assignee: Shanghai Coating Co Ltdtechnology Center
Current assignee: SHANGHAI HUAYI FINE CHEMICAL CO., LTD.
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2031-07-19
Also published as: CN102887993A

Abstract

一种用于卷材涂料的水性聚酯树脂的制备方法及其应用，所述的制备方法包括如下步骤：(1)以一定量的醇与带羧基的亲水单体在催化剂的作用下，于170～240℃温度预聚合1～5小时，OH/COOH比为2～20；(2)酸值小于3mgKOH/g后加入其它醇和酸原材料，缓慢升温，并在180℃～230℃温度下保温3～8小时；(3)酸值小于90mgKOH/g后，用5～30wt％的烃类溶剂回流带出小分子水，在180～250℃温度下保温5小时；(4)降温至150℃以下，加入带环氧基团的小分子单体，酸值小于2mgKOH/g后停止加热；(5)加入亲水性溶剂，水，得到水性聚酯树脂。得到的水性聚酯树脂与交联组分及涂漆基料结合，适合制造低VOC的水性面漆，用于金属卷材上。

Description

一种用于卷材涂料的水性聚酯树脂的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及化学工业领域里的涂料行业，具体地说，涉及一种符合环保要求的水性聚酯树脂的制备方法及其应用，这种聚酯树脂特别适合于制造低有机溶剂含量的卷材用涂料。

背景技术

卷材涂料是通过辊涂的方法，将涂料涂覆于钢板、铝材的表面，然后制成预涂卷材(彩涂板)。卷材涂料最早由Hunter Engineering公司于1937年开发成功，二战后得到了快速的发展，由于其工艺采用一种高速连续的操作模式，可以使用户降低成本，减少污染，而且具有外表美观、色彩艳丽、强度高、耐蚀性好、加工成型方便等优点，应用领域越来越广泛。目前，卷材涂料在工业涂料里的重要性仅次于汽车涂料，卷材涂料技术水平能够代表一个国家涂料工业的发展水平。

近年来，随着人们对环保意识的不断增强，许多国家颁发了控制VOC的环保法规，因而，低污染水性涂料成了涂料发展的重要方向和研究热点。

预涂卷材用涂料作为涂料行业的重要领域，由于性能、经济以及涂装设备的改制等方面的因素，生产工艺仍以溶剂型占主导地位，目前世界上仅欧美等地区有少量的使用水性涂料，国内还未见生产应用的报道。因此，为满足环境保护的需要，开发性能优异的水性卷材用涂料具有重要的意义。

发明内容

本发明旨在解决水性树脂应用于卷材涂料方面存在的一些技术问题，提供一种适合于制造卷材用涂料的水性聚酯树脂的制备方法及其应用，这种聚酯树脂可以用来替代传统的溶剂型聚酯制备卷材涂料，借以降低对环境的污染。

本发明所采用的技术方案首先是提供一种适合于制造卷材用涂料的水性聚酯树脂的制备方法，其特征是，该制备方法包括如下步骤：

(1)以一定量的醇与带羧基的亲水单体在催化剂的作用下，于170～240℃温度预聚合1～5小时，OH/COOH比为2～20，优选4～8；

(2)酸值小于3mgKOH/g后加入其它醇和酸原材料，缓慢升温，升温速度控制在0.2～10℃/分钟，并在180℃～230℃温度下保温3～8小时；

(3)酸值小于90mgKOH/g后，用5～30wt％的烃类溶剂二甲苯回流带出小分子水，在180～250℃温度下保温5小时左右；

(4)降温至150℃以下，加入带环氧基团的小分子单体以降低体系酸值，酸值小于2mgKOH/g后停止加热；

(5)加入亲水性溶剂，水，得到水性聚酯树脂。

本发明中所述的带羧基亲水性单体为结构式如下的5-磺酸基间苯二甲酸或其金属盐：

本发明中所述的金属盐选自：间苯二甲酸-5-磺酸钠、间苯二甲酸-5-磺酸钾中的一种或几种，其用量为聚合物总重量的1～15wt％

本发明中所述的用于降低酸值的带环氧基团的小分子单体选自5-磺酸基间苯二甲酸钠、环氧丙烷中的一种或几种，其加入量为聚合物总重量的1～30wt％。

本发明中所述的醇包括二元醇和多元醇，二元醇选自：1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、新戊二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、2-乙基-2-丁基1，3-丙二醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇、2，4-二乙基-1，5-戊二醇、1-甲基-1，8-辛二醇、3-甲基-1，6-己二醇、4-甲基-1，7-庚二醇、4-甲基-1，8-辛二醇、1，4-环己烷二甲醇、1，3-环己烷二甲醇、1，2-环己烷二甲醇或氢化双酚A二醇中的一种或几种；也可选自大分子二元醇如聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基二醇、聚碳酸二元醇中的一种或几种；多元醇选自丙三醇、季戊四醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷中的一种或几种；醇的用量为聚合物总重量的30～70wt％。

本发明中所述的酸包括二元酸，酸酐和多元酸；其中二元酸选自间苯二甲酸(IPA)、对苯二甲酸(PTA)、丁二酸、戊二酸、己二酸(AA)、庚二酸、辛二酸、壬二酸(AZA)、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、羟基丁二酸和二聚酸、四氢邻苯二甲酸，六氢间苯二甲酸、1，2-环己烷二甲酸、1，4-环己烷二甲酸(1，4-CHDA)中的一种或几种；酸酐选自苯酐(PA)、偏苯三酸酐(TMA)、四氢苯酐(THPA)、六氢苯酐(HHPA)、马来酸酐之类脂环族二元酸中的一种或几种；所述的二元酸和多元酸以及酸酐的用量为聚合物总重量的30～70wt％。

本发明中所述的亲水性溶剂选自乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、十二醇酯、乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或几种，其用量为聚合物总重量的5～30wt％。

本发明中所用催化剂为有机锡类化合物，其用量为聚合物总重量的0.01～2wt％。

用本发明所述方法制得的水性聚酯树脂为基料，与交联组分和其它涂漆基料相结合用于配制有机溶剂含量低的烤干磁漆。用本发明所述方法制得的水性聚酯树脂为基料，与交联组分和其它涂漆基料相结合用于配制水性卷材面漆，用于各种金属卷材上。所述的交联组分，优先选用水性氨基树脂或水性封闭性异氢酸酯树脂，所述的其他涂漆基料是指本领域技术人员熟知的颜填料和各种助剂

以本发明所述制得的水性面漆与水性底漆配合使用，并在板温(PMT)高于200℃下进行交联。

本发明的有益效果是：降低涂料中溶剂的使用量，降低VOC的排放，节约能源，减少环境污染。

具体实施方式

下面用实施例对本发明作进一步具体说明，但本发明范围绝不局限于这些实施例。

实施例1

制备水性聚酯树脂所用原料组分及配比如表1所示。

表1

在装有搅拌器、回流冷凝器、温度计的1000ml三口烧瓶中加入新戊二醇和间苯二甲酸-5-磺酸钠。在不断搅拌下缓慢加热，至反应物溶解后加入催化剂三异辛酸丁基锡，反应混合物温度升至200℃并保持3小时后，降温至100℃，加入其它原料，缓慢升温至200℃后保温5小时；俟酸值达到15mgKOH/g以下时，降温至150℃，加入叔碳酸缩水甘油酯，保温4小时。加入溶剂及水，得到水性聚酯，根据国标测定，得到的是一种固含量为55％、粘度为2453厘泊的透明的水性聚酯树脂。

实施例2

除了配方中的间苯二甲酸转换成等当量的六氢苯酐，制备过程和其它配方同实施例1。得到的产物根据国标测定是一种固含量为55％、粘度为3450厘泊的透明的水性聚酯树脂。

实施例3

除了配方中的部分间苯二甲酸-5-磺酸钠转换成等当量的间苯二甲酸，制备过程和其它配方同实例1。得到的产物根据国标测定是一种固含量为55％、粘度为677厘泊的带兰光的水性聚酯树脂。

实施例4

用高速分散机，将59份(重量份，下同)实施例1所制得的水性聚酯、32份930钛白粉、2份消泡剂一起研磨至细度小于20μm后，加入5份717氨基树脂和其它助剂制漆，并作为面漆用于卷钢材料涂层，用RSD24号线棒辊涂，烘箱温度300℃，分速15Hz，烘烤40min，板温PMT达到241℃，得到的水性聚酯卷材涂料面漆的性能如表2所示。

表2

Claims

1.一种用于卷材涂料的水性聚酯树脂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：

(1)以醇与带羧基的亲水单体在催化剂的作用下，于170～240℃温度预聚合1～5小时，OH/COOH比为2～20；

(3)酸值小于90mgKOH/g后，用5～30wt％的烃类溶剂二甲苯回流带出小分子水，在180～250℃温度下保温5小时；

(4)降温至150℃以下，加入带环氧基团的小分子单体，酸值小于2mgKOH/g后停止加热；

(5)加入亲水性溶剂，水，得到水性聚酯树脂；

所述的带羧基亲水性单体为结构式如下的5-磺酸基间苯二甲酸或其金属盐；

所述的金属盐选自：间苯二甲酸-5-磺酸钠、间苯二甲酸-5-磺酸钾中的一种或几种，其用量为聚合物总重量的1～15wt％；

步骤(1)中所述的OH/COOH比为4～8；

带环氧基团的小分子单体选自叔碳酸缩水甘油酯E10P、环氧丙烷中的一种或几种，其加入量为聚合物总重量的1～30wt％；醇的用量占聚合物总重量的30～70wt％；所述的酸包括二元酸，酸酐和多元酸；所述的二元酸和多元酸以及酸酐的用量为聚合物总重量的30～70wt％。

2.根据权利要求1所述的水性聚酯树脂的制备方法，其特征在于，所述的醇为二元醇或多元醇，二元醇选自：1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，2-丁二醇、1，3-丁二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、新戊二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、2-乙基-2-丁基1，3-丙二醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇、2，4-二乙基-1，5-戊二醇、1-甲基-1，8-辛二醇、3-甲基-1，6-己二醇、4-甲基-1，7-庚二醇、4-甲基-1，8-辛二醇、1，4-环己烷二甲醇、1，3-环己烷二甲醇、1，2-环己烷二甲醇和氢化双酚A二醇中的一种或几种；或选自大分子二元醇聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基二醇和聚碳酸二元醇中的一种或几种；多元醇选自丙三醇、季戊四醇、三羟甲基丙烷和三羟甲基乙烷中的一种或几种；醇的用量占聚合物总重量的30～70wt％。

3.根据权利要求1所述的水性聚酯树脂的制备方法，其特征在于，所述的酸包括二元酸，酸酐和多元酸；其中二元酸选自间苯二甲酸IPA、对苯二甲酸PTA、丁二酸、戊二酸、己二酸AA、庚二酸、辛二酸、壬二酸AZA、顺丁烯二酸、反丁烯二酸、羟基丁二酸和二聚酸、四氢邻苯二甲酸，六氢间苯二甲酸、1，2-环己烷二甲酸、1，4-环己烷二甲酸即1，4-CHDA中的一种或几种；酸酐选自苯酐PA、偏苯三酸酐TMA、四氢苯酐THPA、六氢苯酐HHPA和马来酸酐中的一种或几种；所述的二元酸和多元酸以及酸酐的用量为聚合物总重量的30～70wt％。

4.根据权利要求1所述的水性聚酯树脂的制备方法，其特征在于，所述的亲水性溶剂选自乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、十二醇酯、乙醇、异丙醇和丁醇中的一种或几种，其用量为聚合物总重量的5～30wt％。

5.根据权利要求1所述的水性聚酯树脂的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为有机锡类化合物，其用量为聚合物总重量的0.01～2wt％。

6.一种按照权利要求1所述方法制备的水性聚酯树脂的用途，其特征在于，以该树脂为基料，配合交联组分和其它涂漆基料，用于配制有机溶剂含量低的水性烘干磁漆。

7.一种按照权利要求1所述方法制备的水性聚酯树脂的用途，其特征在于，以该树脂为基料，配合交联组分和其它涂漆基料，用于配制水性卷材面漆。