CN105906793A - 一种水性不饱和聚酯树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种水性不饱和聚酯树脂及其制备方法。该水性不饱和聚酯树脂由包含如下重量份的原料制成：多元醇180～230份；不饱和多元酸250～310份；饱和多元酸0～40份；气干剂210～280份；抗氧剂0.2～0.8份；催化剂0.5～1份；阻聚剂0.04～0.08份；中和剂32～65份；助溶剂130～260份；纯水400～570份。该水性不饱和聚酯树脂具有可用水稀释、所制漆低VOC排放和施工灵活、低成本、净味、气干性、可常温固化也可加热固化等优点，作为替代传统油性涂料产品用树脂有广泛的应用前景。

Description

一种水性不饱和聚酯树脂及其制备方法
技术领域
本发明属于合成树脂材料技术领域，具体涉及一种水性不饱和聚酯树脂及其制备方法。
背景技术
传统油性不饱和聚酯涂料由于含有较高的挥发性有机化合物(VOC)，对环境造成严重污染的同时也对生产、施工操作人员身体有毒害。随着人们的环境保护意识日益增强，全社会对涂料产品的环保性要求越来越高，传统的油性涂料被逐步升级换代势在必行，水性化、粉末化、高固含化将成为一种趋势。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种低VOC排放，气味小的水性不饱和聚酯树脂。
本发明的第二的在于提供上述水性不饱和聚酯树脂的制备方法。
本发明的第三目的在于提供上述水性不饱和聚酯树脂在制备涂料中的用途。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明所述水性不饱和聚酯树脂，由包含以下质量份的组分制成：
优选地，所述组分还包含饱和多元酸1～40份。
所述饱和多元酸为邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、己二酸、六氢苯酐、甲基六氢苯酐等中的一种或一种以上。优选地，所述饱和多元酸为邻苯二甲酸酐或六氢苯酐。
所述多元醇为乙二醇、二甘醇、新戊二醇、甲基丙二醇、1,3-丁二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、二丙二醇、1，4-环己烷二甲醇、1，6-己二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇中的一种或一种以上。优选地，所述多元醇为新戊二醇、1,2-丙二醇、二丙二醇、1,3-丁二醇、三羟甲基丙烷、1,3-丙二醇中的一种或一种以上。
所述不饱和多元酸为顺丁烯二酸酐、顺丁烯二酸、反丁烯二酸中的一种或一种以上。优选地，所述不饱和多元酸为顺丁烯二酸酐、反丁烯二酸。
更进一步地，
所述气干剂为双环戊二烯、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、烯丙基缩水甘油醚、乙二醇单烯丙基醚、二甘醇单烯丙基醚、季戊四醇三烯丙基醚、季戊四醇二烯丙基醚、四氢苯酐、纳迪克酸酐中的一种或一种以上。
优选地，所述气干剂为双环戊二烯、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、乙二醇单烯丙基醚中的一种或一种以上。
所述抗氧剂为次磷酸、亚磷酸三苯酯、2,6-二特丁基甲酚。
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、钛酸四丁酯。
所述阻聚剂为对苯二酚、对叔丁基邻苯二酚、三甲基氢醌、甲基对苯二酚、特丁基对苯二酚中的一种或一种以上；
优选地，所述阻聚剂为甲基对苯二酚、对苯二酚、特丁基对苯二酚。
所述中和剂为氨水、三乙胺、二乙胺。
所述助溶剂为乙二醇单丁醚、异丙醇、乙醇、乙二醇甲醚中的一种或一种以上。
本发明所述水性不饱和聚酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
当气干剂有双环戊二烯时，其制备工艺为工艺A：(a)加入不饱和多元酸、抗氧剂、纯水、多元醇，通入氮气，升温至110-130℃，1-3小时内滴加完双环戊二烯，保温1-3小时；(b)加入多元醇、阻聚剂、催化剂、其它气干剂物质，缓慢升温至170-210℃反应至酸值30-45mgKOH/g,椎板粘度450-2000mPa.s/120℃，降温至80-100℃；(c)加入助溶剂，用中和剂中和至pH值7-8之间，加入纯水调至固含粘度合格，出料为成品；
当气干剂不含双环戊二烯时，其制备工艺为工艺B：(1)加入不饱和多元酸、多元醇、纯水、抗氧剂、阻聚剂、催化剂，通入氮气，缓慢升温至170-210℃反应至酸值30-45mgKOH/g,椎板粘度450-2000mPa.s/120℃，降温至80-100℃；(2)加入助溶剂，用中和剂中和至pH值7-8之间，加入纯水调至固含粘度合格，出料为成品。
进一步地，本发明所述水性不饱和聚酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
当气干剂有双环戊二烯时，其制备工艺为工艺A：(a)加入不饱和多元酸、抗氧剂、纯水、多元醇，通入氮气，升温至110-130℃，1-3小时内滴加完双环戊二烯，保温1-3小时；(b)加入多元醇、饱和多元酸、阻聚剂、催化剂、其它气干剂物质，缓慢升温至170-210℃反应至酸值30-45mgKOH/g,椎板粘度450-2000mPa.s/120℃，降温至80-100℃；(c)加入助溶剂，用中和剂中和至pH值7-8之间，加入纯水调至固含粘度合格，出料为成品；
当气干剂不含双环戊二烯时，其制备工艺为工艺B：(1)加入不饱和多元酸、饱和多元酸、多元醇、纯水、抗氧剂、阻聚剂、催化剂，通入氮气，缓慢升温至170-210℃反应至酸值30-45mgKOH/g,椎板粘度450-2000mPa.s/120℃，降温至80-100℃；(2)加入助溶剂，用中和剂中和至pH值7-8之间，加入纯水调至固含粘度合格，出料为成品。
更进一步地，所述制备工艺A的步骤(a)中，纯水的加入量为纯水总量的10％，多元醇的加入量为多元醇总量的10％；
所述制备工艺B的步骤(1)中，纯水的加入量为纯水总量的10％。
本发明提供的一种新型的水性不饱和聚酯树脂，具有可用水稀释、所制漆低VOC排放和施工灵活、低成本、净味、气干性、环保、可常温固化也可加热固化等优点。
具体实施方式
下面通过具体实施例的方式对本发明做进一步详述，但本发明保护范围并不局限于这些实施例。凡基于上述技术思想，利用本领域普通技术知识和惯用手段所做的修改、替换、变更均属于本发明要求保护的范围。
实施例1
称取250份顺丁烯二酸酐、40份纯水、0.2份2,6-二特丁基甲酚、18份1,2-丙二醇入釜，通入氮气，升温到110℃，将210份双环戊二烯在1小时滴完，保温1小时，加入162份新戊二醇、0.5份钛酸四丁酯、0.04份甲基对苯二酚入釜，升温至180℃酯化反应到酸值30mgKOH/g,椎板粘度450mPa.s/120℃，降温至80℃，分别加入65份乙二醇单丁醚、65份异丙醇，降温至约50℃，加入35.5份三乙胺将PH值调制7-8、加入360份纯水，过滤即得成品。成品固含为55％、粘度为650mPa.s/25℃。
实施例2
称取310份顺丁烯二酸酐、57份纯水、0.8份次磷酸、22份1,2-丙二醇入釜，通入氮气，升温到130℃，将270份双环戊二烯在3小时滴完，保温3小时，加入150份1,3-丙二醇、48份三羟甲基丙烷、10份三羟甲基丙烷二烯丙基醚、30份邻苯二甲酸酐、1份二月桂酸二丁基锡、0.08份对苯二酚入釜，升温至210℃酯化反应到酸值45mgKOH/g,椎板粘度800mPa.s/120℃，降温至100℃，分别加入130份乙二醇甲醚、130份乙醇、50份二乙胺、513份纯水，过滤即得成品。成品固含为50％、粘度为400mPa.s/25℃。
实施例3
称取250份反丁烯二酸、170份二丙二醇、10份1,3-丁二醇、140份乙二醇单烯丙基醚、70份三羟甲基丙烷二烯丙基醚、50份纯水、0.2份亚磷酸三苯酯、0.5份钛酸四丁酯、0.04份特丁基对苯二酚入釜，通入氮气，升温至170℃酯化反应到酸值30mgKOH/g,椎板粘度450mPa.s/120℃，降温至80℃，分别加入65份乙二醇甲醚、65份异丙醇，降温至约50℃，加入32份三乙胺将PH值调制7-8、加入450份纯水，过滤即得成品。成品固含为52.5％、粘度为600mPa.s/25℃。
实施例4
称取310份反丁烯二酸、30份六氢苯酐、165份新戊二醇、25份丙二醇、45份三羟甲基丙烷、280份三羟甲基丙烷二烯丙基醚、57份纯水、0.8份次磷酸、1份二月桂酸二丁基锡、0.08份对苯二酚入釜，通入氮气，升温至210℃酯化反应到酸值45mgKOH/g,椎板粘度1000mPa.s/120℃，降温至100℃，分别加入130份乙二醇单丁醚助溶剂、130份乙醇助溶剂，降温至约50℃，加入64份三乙胺将PH值调制7-8、加入513份纯水，过滤即得成品。成品固含为48％、粘度为450mPa.s/25℃。
实施例5本发明水性不饱和聚酯树脂制漆及其性能测试
将本发明制得的水性不饱和聚酯树脂按照表1重量配比制成木器底漆。
表1水性不饱和聚酯树脂底漆涂料配方
原料 组成(重量份)
树脂(实施例1-4) 60
钛白粉 16.3
气相二氧化硅 0.3
滑石粉(1250目) 10
硬脂酸锌 3
重质碳酸钙 9
分散剂 0.5
流平剂 0.4
消泡剂 0.5
本发明树脂所制漆膜可用氧化还原体系固化成膜。
引发剂(氧化剂)可用50％的过氧化甲乙酮的异丙醇溶液或纯的叔丁基过氧化氢。
促进剂(还原剂)为20％氯化钴的水溶液。
上述所制备涂料的使用步骤为：
(a)取100克上述漆液成品；
(b)加入10克水稀释搅匀再加20％的氯化钴水溶液4克搅匀；
(c)加入水稀释至约40s(福特杯4#)。
(d)加入4克纯的叔丁基过氧化氢搅匀施工并室温干燥。
将上述制得的涂膜进行性能测试试验，结果如表2：
表2上述漆膜性能
外观 平整、光滑漆膜
表干 1.5-2.5小时
压干 16-20小时
光泽60° 63-68
硬度 B-HB
气味 无刺激性气味，净味效果优。
由上表可以看出，虽然本发明所制涂料的干性比传统油性不饱和聚酯涂料(通常固化时间2-8小时)略慢，但完全可满足木器涂料对木器的保护装饰功能，且无刺激性气味。
对比例
将本发明实施例1-实施例4的树脂所制漆与传统不饱和聚酯树脂(SPE4907，成都杰晟树脂新材料科技有限公司)所制漆在挥发性有机化合物(VOC)排放方面进行比较，结果如表3所示：
表3有机溶剂排放量
VOC排放量(g/L)
实施例1-4所制漆 约100
传统不饱和聚酯SPE4907所制漆 约300
由表3可知，本发明所述不饱和聚酯树脂制备的涂料其挥发性有机化合物的排放显著降低，且选择低毒的助溶剂，显著减少对操作人员的身体损害。

Claims (9)

1.一种水性不饱和聚酯树脂，由包含以下质量份的组分制成：
2.根据权利要求1所述的水性不饱和聚酯树脂，其特征在于，所述组分还包含饱和多元酸1～40份。
3.根据权利要求2所述的水性不饱和聚酯树脂，其特征在于，所述饱和多元酸为邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、己二酸、六氢苯酐、甲基六氢苯酐等中的一种或一种以上；优选地，所述饱和多元酸为邻苯二甲酸酐或六氢苯酐。
4.根据权利要求1或2所述的水性不饱和聚酯树脂，其特征在于，所述多元醇为乙二醇、二甘醇、新戊二醇、甲基丙二醇、1,3-丁二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、二丙二醇、1，4-环己烷二甲醇、1，6-己二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇中的一种或一种以上；优选地，所述多元醇为新戊二醇、1,2-丙二醇、二丙二醇、1,3-丁二醇、三羟甲基丙烷、1,3-丙二醇中的一种或一种以上。
5.根据权利要求1或2所述的水性不饱和聚酯树脂，其特征在于，所述不饱和多元酸为顺丁烯二酸酐、顺丁烯二酸、反丁烯二酸中的一种或一种以上；优选地，所述不饱和多元酸为顺丁烯二酸酐、反丁烯二酸。
6.根据权利要求1或2所述的水性不饱和聚酯树脂，其特征在于，
所述气干剂为双环戊二烯、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、烯丙基缩水甘油醚、乙二醇单烯丙基醚、二甘醇单烯丙基醚、季戊四醇三烯丙基醚、季戊四醇二烯丙基醚、四氢苯酐、纳迪克酸酐中的一种或一种以上；优选地，所述气干剂为双环戊二烯、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、乙二醇单烯丙基醚中的一种或一种以上。
所述抗氧剂为次磷酸、亚磷酸三苯酯、2,6-二特丁基甲酚；
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、钛酸四丁酯；
所述阻聚剂为对苯二酚、对叔丁基邻苯二酚、三甲基氢醌、甲基对苯二酚、特丁基对苯二酚中的一种或一种以上；优选地，所述阻聚剂为甲基对苯二酚、对苯二酚、特丁基对苯二酚。
所述中和剂为氨水、三乙胺、二乙胺；
所述助溶剂为乙二醇单丁醚、异丙醇、乙醇、乙二醇甲醚中的一种或一种以上。
7.一种权利要求1所述水性不饱和聚酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
当气干剂有双环戊二烯时，其制备工艺为工艺A：(a)加入不饱和多元酸、抗氧剂、纯水、多元醇，通入氮气，升温至110-130℃，1-3小时内滴加完双环戊二烯，保温1-3小时；(b)加入多元醇、阻聚剂、催化剂、其它气干剂物质，缓慢升温至170-210℃反应至酸值30-45mgKOH/g,椎板粘度450-2000mPa.s/120℃，降温至80-100℃；(c)加入助溶剂，用中和剂中和至pH值7-8之间，加入纯水调至固含粘度合格，出料为成品；
当气干剂不含双环戊二烯时，其制备工艺为工艺B：(1)加入不饱和多元酸、多元醇、纯水、抗氧剂、阻聚剂、催化剂，通入氮气，缓慢升温至170-210℃反应至酸值30-45mgKOH/g,椎板粘度450-2000mPa.s/120℃，降温至80-100℃；(2)加入助溶剂，用中和剂中和至pH值7-8之间，加入纯水调至固含粘度合格，出料为成品。
8.一种权利要求2所述水性不饱和聚酯树脂的制备方法，包括以下步骤：
当气干剂有双环戊二烯时，其制备工艺为工艺A：(a)加入不饱和多元酸、抗氧剂、纯水、多元醇，通入氮气，升温至110-130℃，1-3小时内滴加完双环戊二烯，保温1-3小时；(b)加入多元醇、饱和多元酸、阻聚剂、催化剂、其它气干剂物质，缓慢升温至170-210℃反应至酸值30-45mgKOH/g,椎板粘度450-2000mPa.s/120℃，降温至80-100℃；(c)加入助溶剂，用中和剂中和至pH值7-8之间，加入纯水调至固含粘度合格，出料为成品；
当气干剂不含双环戊二烯时，其制备工艺为工艺B：(1)加入不饱和多元酸、饱和多元酸、多元醇、纯水、抗氧剂、阻聚剂、催化剂，通入氮气，缓慢升温至170-210℃反应至酸值30-45mgKOH/g,椎板粘度450-2000mPa.s/120℃，降温至80-100℃；(2)加入助溶剂，用中和剂中和至pH值7-8之间，加入纯水调至固含粘度合格，出料为成品。
9.根据权利要求7或8所述的水性不饱和聚酯树脂的制备方法，其特征在于，所述制备工艺A的步骤(a)中，纯水的加入量为纯水总量的10％，多元醇的加入量为多元醇总量的10％；所述制备工艺B的步骤(1)中，纯水的加入量为纯水总量的10％。
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