CN106700047A - 一种改性高固低粘的聚酯树脂及其制备方法与在涂料中的应用 - Google Patents

一种改性高固低粘的聚酯树脂及其制备方法与在涂料中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性高固低粘的聚酯树脂，由以下重量份的原料制备而成：二羟甲基烷基酸10‑90份，多元醇80‑200份、脂肪酸10‑100份、苯甲酸20‑60份、酸酐100‑200份、对甲苯磺酸0.05‑1份，抗氧剂0.3‑2份、二甲苯10‑50份。本发明利用多元醇与二羟甲基烷基酸共聚在对甲苯磺酸催化作用下制备高支化度的聚酯，再采用脂肪酸和酸酐对其改性，降低分子间氢键，降低粘度，引入芳香基团提高分子链的刚性，制备的聚酯树脂固含量达90‑95％，粘度低至14700mPa·s/30℃，能与含异氰酸酯基的聚氨酯固化剂交联，制备高固含无溶剂双组份聚氨酯涂料，丰满度优异，透明度高，其他涂膜性能均满足溶剂型双组分聚氨酯木器涂料国家标准，具有优异的物理机械和耐化学品性，可广泛应用于木器涂料，卷材涂料以及工业漆等领域。

Description

一种改性高固低粘的聚酯树脂及其制备方法与在涂料中的 应用
技术领域
本发明涉及涂料化工领域，特别涉及一种改性高固低粘的聚酯树脂及其制备方法与在涂料中的应用。
背景技术
目前用于制备溶剂型双组份聚氨酯涂料的聚酯树脂一般是由脂肪酸、苯酐、新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇等组分在一定工艺条件下合成的，制备得到聚酯树脂后，再加入各种颜填料、助剂、溶剂等成分，调配得到各种不同的A组分，再配合聚氨酯固化剂B组分及稀释剂得到双组份聚氨酯涂料，但随着人们对环境保护的日益重视，由于稀释剂的挥发会对环境造成污染，危害人们的健康，涂料用溶剂型树脂的高固含低粘度化是人们追求的目标，发展低溶剂挥发量及高固体组分就成了涂料的发展趋势。
超支化聚合物独特的三维分子结构因具有无链缠结、低粘度、高反应活性和良好的相容性等优点，在聚酯树脂中引入超支化聚合物，除了可以提高反应活性和降低粘度外，还可以在应用粘度下的配方中有更高的固含量，显著减少稀释剂的使用量。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高支化度能提高固含和降低粘度，且在与聚氨酯固化剂交联使用时可以大幅度减少稀释剂加入量，降低涂料的涂装VOC排放的改性高固低粘的聚酯树。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案来实现发明目的：
一种改性高固低粘的聚酯树脂，所述聚酯树脂由以下重量份的原料制备而成：二羟甲基烷基酸10-90份，多元醇80-200份、脂肪酸10-100份、苯甲酸20-60份、酸酐100-200份、对甲苯磺酸0.05-1份，抗氧剂0.3-2份、二甲苯10-50份。
优选地，所述多元醇为三羟甲基丙烷、季戊四醇、新戊二醇、二甘醇、2，4-二乙基-1，5-戊二醇、1，4-丁二醇、聚醚二元醇、聚醚三元醇、双三羟甲基丙烷、双季戊四醇中的一种或多种。
优选地，所述脂肪酸为己二酸、月桂酸、异壬酸、异辛酸中的一种或多种。
优选地，所述酸酐为苯酐、丁二酸酐、偏苯三酸酐中的一种或多种。
优选地，所述抗氧剂为磷酸或次磷酸。
本发明的另一目的是提供一种上述的改性高固低粘的聚酯树脂的制备方法，包括如下步骤：
1)超支化反应：常温下，将二羟甲基烷基酸和多元醇按摩尔比1：3混合，并加入对甲苯磺酸和回流溶剂到反应釜中，在N2保护下升温至140℃-200℃反应1-4小时，减压蒸馏脱除回流溶剂，得到超支化聚酯中间体；
(2)酯化反应：将步骤(1)中溶液降温至120℃以下，加入脂肪酸、苯甲酸、酸酐和抗氧剂，然后升温至170-220℃，脂肪酸、酸酐和超支化聚酯中间体反应，脱去二甲苯和水，取样进行酸值测定，直至酸值低于15mgKOH/g，结束保温；
(3)降温稀释：将步骤(2)中反应物降温至140℃，向反应釜中加入醋酸丁酯兑稀后过滤，得改性的高固低粘聚酯树脂。
优选地，所述回流溶剂是二甲苯、甲苯或环己烷中的任一种。
本发明的再一目的是提供一种上述改性高固低粘的聚酯树脂在涂料中的应用。
本发明提供的改性高固低粘的聚酯树脂相比现有技术具以下有益效果：
1、由于二羟甲基烷基羧酸与多元醇可形成超支化聚酯中间体，可降低树脂的粘度，制备的改性聚酯树脂常温下粘度为2000-10000mPa·s，在该粘度范围内，聚酯树脂与其它涂料助剂共混分散后只需加入少量溶剂即可，从而可以减少涂料施工VOC(VOC<420g/L)的排放；
2、经改性后合成的超支化聚酯树脂溶解性好，可轻易溶于常规的溶剂如芳烃类、酮类、酯类等溶剂中，由此可用于制备高固含的涂料，固含量可达90％以上。
3、将合成的超支化聚酯树脂与聚氨酯固化剂交联固化成膜，涂膜光泽度高(>90°)，丰满度好且硬度高(2H)，具有优异的物理机械和耐化学品性，可广泛应用于木器涂料，卷材涂料以及工业漆等。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的构思作进一步详细的说明。
实施例1
一种改性高固低粘的聚酯树脂，由以下重量份的原料制备而成:二羟甲基丙酸35份、三羟甲基丙烷30份、新戊二醇80份、苯酐100份、己二酸10份、月桂酸45份、苯甲酸35份、对甲基苯磺酸0.15份、次磷酸0.5份、二甲苯20份。
各原料的加入按上述重量份数，制备步骤如下：
(1)常温下将三羟甲基丙烷和新戊二醇及及二羟甲基丙酸混合加入反应釜中(其中，多元醇与多元酸的加入量为羟基与羧基的摩尔比为1:3)，并加入对甲苯磺酸，以二甲苯作为回流溶剂，在N2保护下升温140℃以上至回流，保温2h，减压蒸馏脱除回流溶剂，得到超支化聚酯中间体。
(2)将步骤(1)中溶液降温至120℃以下后加入月桂酸、异辛酸、苯甲酸、苯酐和次磷酸，在N2保护下升温至170℃保温1h，再升温至190℃保温2h，最后升温至200℃保温，熔融脱去二甲苯和水，此保温期间取反应釜中物质进行酸值测定，直至酸值低于15mgKOH/g，结束保温；
(3)将步骤(2)中反应物降温至140℃，向反应釜中加入醋酸丁酯兑稀后过滤，得到改性高固低粘的聚酯树脂。
实施例2
一种高支化高固低粘的聚酯树脂，由以下重量份的原料制备而成：二羟甲基丙酸55份、季戊四醇25份、新戊二醇66份、苯酐100份、己二酸14份、异辛酸10份、苯甲酸25份、月桂酸40份、对甲基苯磺酸0.15份、磷酸0.5份、二甲苯20份。
各原料的加入按上述重量份数，制备步骤如下：
(1)常温下将二羟甲基丙酸、季戊四醇、新戊二醇和对甲基苯磺酸加入反应釜中，以二甲苯为脱水剂，在惰性气体保护下升温140℃以上至回流，保温2h；
(2)将步骤(1)中溶液降温至120℃以下后加入月桂酸、异辛酸、苯酐、苯甲酸和磷酸，在N2保护下升温至170℃保温1h，再升温至190℃保温2h，最后升温至200℃保温，熔融脱去二甲苯和水，此保温期间取反应釜中物质进行酸值测定，直至酸值低于15mgKOH/g，结束保温；
(3)将步骤(2)中反应物降温至140℃，向反应釜中加入醋酸丁酯兑稀后过滤，得到改性高固低粘的聚酯树脂。
实施例3
一种高支化高固低粘的聚酯树脂，由以下重量份的原料制备而成：二羟甲基丙酸50份、三羟甲基丙烷25份、甲基丙二醇80份、偏苯三酸酐110份、己二酸10份、异壬酸9份、苯甲酸21份、月桂酸30份、对甲基苯磺酸0.15份、次磷酸0.5份、二甲苯40份。
各原料的加入按上述重量份数，制备步骤如下：
(1)常温下将二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷、甲基丙二醇加入反应釜中，以二甲苯为脱水剂，在惰性气体保护下升温140℃以上至回流，保温2h；
(2)将步骤(1)中溶液降温至120℃以下后加入月桂酸、异辛酸和苯甲酸、偏苯三酸酐和次磷酸，在N2保护下升温至170℃保温1h，再升温至190℃保温2h，最后升温至200℃保温，熔融脱去二甲苯和水，此保温期间取反应釜中物质进行酸值测定，直至酸值低于15mgKOH/g，结束保温；
(3)将步骤(2)中反应物降温至140℃，向反应釜中加入醋酸丁酯兑稀后过滤，得到改性高固低粘的聚酯树脂。
将上述三个实施例制得的聚酯树脂进行测试，其中，固含量按照GB/T1725-2007，粘度按照GB/T1723-1993，涂装粘度按照GB/T6753.4-1998，酸值按照GB/T2895-2008，VOC测定按照GB/T23985-2009，其他各项指标均按照GB/T23997-2009标准对产品性能进行检测，检测结果如下表所示：
表1高支化高固低粘的聚酯树脂(HBPE)的指标
从表1可以看出来，本发明制备的改性高固低粘的聚酯树脂，固含为90％左右时粘度约为15000mPa·s，色泽水白。
将本发明制备的改性高固低粘的聚酯树脂用于制备双组份聚氨酯涂料，其双组份聚氨酯亮光白面漆配方包括以下组分且各组分的重量份数为：
组分A：聚酯树脂(HBPE)52份、钦白粉(828)60份、分散剂(BZ206)1份、防沉剂(6900-20x)流平剂(416s)0.3份、消泡剂(5300)0.3份、醋酸丁酯7.5份、PMA 15份、手感剂0.5份(10％，TG410)；
组分B：3390 75份、L50 25份、脱水剂0.1份；
按照常规方法制备双组份聚氨酯亮光白面漆，该涂料的各项性能指标见表2：
表2改性的高固低粘聚酯树脂配制双组份聚氨酯亮光白面漆的性能指标
从表2可以看出，本发明制备的高支化度高固低粘的聚酯树脂在双组份聚氨酯亮光白面漆中具有优异的丰满度，良好的干性及硬度，且在满足涂装粘度下，涂装VOC<420g/L。
将本发明制备改性高固低粘的聚酯树脂用于制备双组份聚氨酯涂料，其双组份聚氨酯亮光清漆配方包括以下组分且各组分的重量份数为：
组分A：聚酯树脂(HBPE)55份、流平剂(416s)0.3份、消泡剂(5300)0.3份、醋酸丁酯25份、PMA20份、手感剂0.2份(10％，TG410)
组分B:3390 75份、L50 25份。
表3改性高固低粘的聚酯树脂配制双组份聚氨酯亮光清漆的性能指标
从表3可以看出，本发明制备的改性高固低粘的聚酯树脂在双组份聚氨酯白面漆中具有优异的丰满度，良好的干性及硬度，且在满足涂装粘度下，涂装VOC<420g/L。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种改性高固低粘的聚酯树脂，其特征在于，所述聚酯树脂由以下重量份的原料制备而成：二羟甲基烷基酸10-90份，多元醇80-200份、脂肪酸10-100份、苯甲酸20-60份、酸酐100-200份、对甲苯磺酸0.05-1份、抗氧剂0.3-2份、二甲苯10-50份。
2.根据权利要求1所述的改性高固低粘的聚酯树脂，其特征在于，所述多元醇为三羟甲基丙烷、季戊四醇、新戊二醇、二甘醇、2，4-二乙基-1，5-戊二醇、1，4-丁二醇、聚醚二元醇、聚醚三元醇、双三羟甲基丙烷、双季戊四醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的改性高固低粘的聚酯树脂，其特征在于，所述脂肪酸为己二酸、月桂酸、异壬酸、异辛酸中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的改性高固低粘的聚酯树脂，其特征在于，所述酸酐为苯酐、丁二酸酐、偏苯三酸酐中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的改性高固低粘的聚酯树脂，其特征在于，所述抗氧剂为磷酸或次磷酸。
6.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的改性高固低粘的聚酯树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)超支化反应：常温下，将二羟甲基烷基酸和多元醇按摩尔比1：3混合，并加入对甲苯磺酸和回流溶剂到反应釜中，在N2保护下升温至140℃-200℃反应1-4小时，减压蒸馏脱除回流溶剂，得到超支化聚酯中间体；
(2)酯化反应：将步骤(1)中溶液降温至120℃以下，加入脂肪酸、苯甲酸、酸酐和抗氧剂，然后升温至170-220℃，脂肪酸、酸酐和超支化聚酯中间体反应，脱去二甲苯和水，取样进行酸值测定，直至酸值低于15mgKOH/g，结束保温；
(3)降温稀释：将步骤(2)中反应物降温至140℃，向反应釜中加入醋酸丁酯兑稀后过滤，得改性的高固低粘聚酯树脂。
7.根据权利要求6所述的改性高固低粘的聚酯树脂的制备方法，其特征在于，所述回流溶剂是二甲苯、甲苯或环己烷中的任一种。
8.一种如权利要求1-5种任一项权利要求所述的改性高固低粘的聚酯树脂在涂料中的应用。
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