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一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，属于涂料领域。一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将脂肪酸、多元醇、二元酸酐、衣康酸、阻聚剂和二甲苯一次性加入到反应器中，在一定温度下反应一段时间；（2）然后加热至一定温度，反应至体系酸值达到要求，停止加热，降温，得到衣康酸改性的醇酸树脂；（3）将衣康酸改性的醇酸树脂、活性稀释剂以及光引发剂按比例混合并搅拌均匀，得到光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料。该方法制备的涂料干燥速度快，硬度高，可以解决醇酸树脂存在的漆膜干燥慢、硬度低的问题。

Description

一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，属于涂料领域。
背景技术
醇酸树脂是由植物油(或脂肪酸)、多元醇、多元酸缩聚而成的一种线型树脂。由于醇酸树脂的综合性能好、性价比高、原料来源广泛、植物油又是可再生的原料，因此以醇酸树脂为主要成膜物质的醇酸树脂涂料得到了广泛的应用，占整个涂料市场的30％左右。
由于自身结构的原因，醇酸树脂也存在一定的缺点。1、干燥速率慢。醇酸树脂漆膜的干燥主要是依靠侧链脂肪酸中的碳碳双键在空气中发生氧化自交联反应，但是此过程较慢，干燥时间长；2、硬度低。醇酸树脂的侧链是柔软的脂肪链，使其具有较好的柔韧性，但是其硬度较低。因此需要对其进行改性。利用丙烯酸对醇酸树脂进行改性是一种常用的改性方法，基本步骤是先用马来酸酐合成醇酸树脂，在醇酸树脂的主链上引入碳碳双键，然后加入丙烯酸类的单体进行反应，得到丙烯酸改性的醇酸树脂。
衣康酸是一种含有不饱和双键的二元羧酸，可以通过微生物发酵的方式得到，是一种生物质原料。衣康酸中的不饱和双键非常活泼，既可以发生自聚反应，也可以与其他单体进行共聚。用衣康酸代替马来酸酐合成醇酸树脂，可以将活泼双键引入醇酸树脂，衣康酸中的活泼双键又可以进一步与丙烯酸类的单体进行反应，既达到了改性醇酸树脂的目的，又提高了醇酸树脂的生物基含量。
光固化技术是一种高效、环保、节能的固化技术，具有高效、经济、环保、节能和适应性广等优点，它是利用紫外光引发具有化学活性的液态材料快速聚合交联，瞬间固化。光固化体系用到的稀释剂是活性稀释剂，能够参与固化反应，比较环保。将光固化技术引入醇酸树脂的固化过程中，可以使醇酸树脂快速固化，解决了醇酸树脂干燥速率慢的问题，而且将丙烯酸类的活性稀释剂引入固化体系中，可以达到对醇酸树脂改性的目的，提高醇酸树脂的硬度。
发明内容
本发明的目的是提供一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，可以解决醇酸树脂存在的干燥速率慢、硬度低的问题，而且生物质含量高，更加环保。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)按脂肪酸、多元醇、二元酸酐、衣康酸、阻聚剂、二甲苯的质量比为28.2-38.07g：13.248-18.4g：14.016-24.272g：2.323-8.203g：0.029-0.040g：3.786-5.16g，将脂肪酸、多元醇、二元酸酐、衣康酸、阻聚剂和二甲苯一次性加入到反应器中，在一定温度下(即在170-180℃下)反应一段时间；
(2)然后加热至一定温度，反应至体系酸值达到要求，停止加热，降温，得到衣康酸改性的醇酸树脂；
(3)按脂肪酸、活性稀释剂、光引发剂的质量比为28.2g：18.8-28.2g：1.69-3.94g选取活性稀释剂和光引发剂，将衣康酸改性的醇酸树脂、活性稀释剂以及光引发剂按比例混合并搅拌均匀，得到光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料。
上述制备方法中，步骤(1)所述脂肪酸为豆油酸、亚麻油酸、棕榈油酸、葵花油酸、妥尔油酸、菜籽油酸中的一种或二种以上(含二种)按任意配比的混合。
所述多元醇为甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、新戊二醇中的一种或二种以上(含二种)按任意配比的混合。
所述二元酸酐为邻苯二甲酸酐；所述阻聚剂为对苯二酚、对羟基苯甲醚中的一种。
上述制备方法中，步骤(1)所述在一定温度下反应一段时间为：升温时间为1-1.5h，具体可为1h或1.5h；反应温度为170-180℃，具体可为170℃或180℃；反应时间为1-2h，具体可为1h或1.5h。
步骤(1)中，所述脂肪酸中(所述脂肪酸、二元酸酐、衣康酸中的羧基的总和与多元醇中的羟基的物质的量的比)的羧基与多元醇中的羟基的物质的量比为1：(1.05-1.25)，具体可为1:1.07、1:1.10、1:1.15和1:1.20。
上述制备方法中，步骤(2)所述加热至一定温度为：升温速度为10-15℃/h，具体可为10℃/h或15℃/h；所述反应温度为210-230℃，具体可为220℃或230℃；所述的酸值为15-25mgKOH/g树脂，具体可为18mgKOH/g树脂或23mgKOH/g树脂。
上述制备方法中，步骤(1)和(2)需要全程通N2保护，需保证全程有回流。
上述制备方法中，步骤(3)所述活性稀释剂为甲基丙烯酸甲酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或二种以上(含二种)按任意配比的混合；所述光引发剂为1-羟环己基苯酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮中的一种。
本发明具有以下优点：
(1)用生物质原料衣康酸合成醇酸树脂，更加环保。
(2)生产的涂料可以用光固化的方法进行固化，解决了醇酸树脂存在的固化时间长的问题，利用衣康酸在醇酸树脂中引入的双键与活性稀释剂在紫外光的照射下发生交联反应固化，实现了对醇酸树脂的改性，解决了醇酸树脂硬度不够的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1(对比实施例)：
将豆油酸28.2g，甘油13.248g，邻苯二甲酸酐21.652g，对羟基苯甲醚0.029g，二甲苯3.786g加入到反应器中，开始通入N2，15min后开始加热，在1h内将体系温度升至170℃，恒温反应1h。然后以10℃/h的升温速度将体系温度升至220℃，恒温反应至酸值为15mgKOH/g树脂，降温至40℃，向体系中加入甲基丙烯酸甲酯18.8g，1-羟环己基苯酮1.69g，搅拌15min，得到醇酸树脂涂料。将所得产品在紫外光下进行固化，干燥时间为240s，硬度为H。
实施例2
将豆油酸33.84g，甘油16.109g，邻苯二甲酸酐23.813g，衣康酸2.323g，对羟基苯甲醚0.035g，二甲苯4.57g加入到反应器中，开始通入N2，15min后开始加热，在1h内将体系温度升至180℃，恒温反应1h。然后以15℃/h的升温速度将体系温度升至230℃，恒温反应至酸值为18mgKOH/g树脂，降温至40℃，向体系中加入甲基丙烯酸甲酯20.1g，1-羟环己基苯酮1.69g，搅拌15min，得到光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料。
本例中，生物质原料衣康酸代替了10％的邻苯二甲酸酐，减少了石化原料的使用，更加环保。将所得产品在紫外光下进行固化，干燥时间为120s，硬度为HB。
实施例3
将亚麻油酸38.07g，甘油18.4g，邻苯二甲酸酐24.272g，衣康酸5.33g，对羟基苯甲醚0.040g，二甲苯5.16g加入到反应器中，开始通入N2，15min后开始加热，在1h内将体系温度升至170℃，恒温反应1.5h。然后以15℃/h的升温速度将体系温度升至220℃，恒温反应至酸值为20mgKOH/g树脂，降温至40℃，向体系中加入三羟甲基丙烷三丙烯酸酯22.8g，1-羟环己基苯酮2.26g，搅拌15min，得到光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料。
本例中，生物质原料衣康酸代替了20％的邻苯二甲酸酐，减少了石化原料的使用，更加环保。将所得产品在紫外光下进行固化，干燥时间为45s，硬度为2H。
实施例4
将豆油酸28.2g，甘油13.809g，邻苯二甲酸酐16.028g，衣康酸6.032g，对羟基苯甲醚0.029g，二甲苯3.85g加入到反应器中，开始通入N2，15min后开始加热，在1h内将体系温度升至170℃，恒温反应1h。然后以15℃/h的升温速度将体系温度升至220℃，恒温反应至酸值为15mgKOH/g树脂，降温至40℃，向体系中加入甲基丙烯酸甲酯23.5g，1-羟环己基苯酮1.69g，搅拌15min，得到光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料。
本例中，生物质原料衣康酸代替了30％的邻苯二甲酸酐，减少了石化原料的使用，更加环保。将所得产品在紫外光下进行固化，干燥时间为60s，硬度为HB。
实施例5
将豆油酸28.2g，甘油14.021g，邻苯二甲酸酐14.016g，衣康酸8.203g，对羟基苯甲醚0.029g，二甲苯3.866g加入到反应器中，开始通入N2，15min后开始加热，在1h内将体系温度升至170℃，恒温反应1h。然后以10℃/h的升温速度将体系温度升至210℃，恒温反应至酸值为23mgKOH/g树脂，降温至40℃，向体系中加入甲基丙烯酸甲酯18.8g，1-羟环己基苯酮3.21g，搅拌15min，得到光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料。
本例中，生物质原料衣康酸代替了40％的邻苯二甲酸酐，减少了石化原料的使用，更加环保。将所得产品在紫外光下进行固化，干燥时间为30s，硬度为B。
实施例6
将豆油酸28.2g，甘油14.205g，邻苯二甲酸酐15.688g，衣康酸5.902g，对羟基苯甲醚0.034g，二甲苯3.84g加入到反应器中，开始通入N2，15min后开始加热，在1h内将体系温度升至180℃，恒温反应1h。然后以15℃/h的升温速度将体系温度升至220℃，恒温反应至酸值为25mgKOH/g树脂，降温至40℃，向体系中加入甲基丙烯酸甲酯26.8g，1-羟环己基苯酮2.06g，搅拌15min，得到光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料。
本例中，生物质原料衣康酸代替了30％的邻苯二甲酸酐，减少了石化原料的使用，更加环保。将所得产品在紫外光下进行固化，干燥时间为60s，硬度为2H。
实施例7
与实施例6基本相同，不同之处在于：向体系中加入甲基丙烯酸甲酯28.2g，1-羟环己基苯酮3.94g。
本例中，生物质原料衣康酸代替了30％的邻苯二甲酸酐，减少了石化原料的使用，更加环保。将所得产品在紫外光下进行固化，干燥时间为40s，硬度为2H。
实施例8
将亚麻油酸14.1g，葵花油酸14.1g，三羟甲基丙烷18.4g，邻苯二甲酸酐15.688g，衣康酸5.902g，对苯二酚0.036g，二甲苯3.84g加入到反应器中，开始通入N2，15min后开始加热，在1h内将体系温度升至180℃，恒温反应1h。然后以15℃/h的升温速度将体系温度升至220℃，恒温反应至酸值为25mgKOH/g树脂，降温至40℃，向体系中加入三丙二醇二丙烯酸酯28.2g，2-羟基-2-甲基苯丙酮3.94g，搅拌15min，得到光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料。
本例中，生物质原料衣康酸代替了30％的邻苯二甲酸酐，减少了石化原料的使用，更加环保。将所得产品在紫外光下进行固化，干燥时间为30s，硬度为3H。

Claims (7)

1.一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)按脂肪酸、多元醇、二元酸酐、衣康酸、阻聚剂、二甲苯的质量比为28.2-38.07g：13.248-18.4g：14.016-24.272g：2.323-8.203g：0.029-0.040g：3.786-5.16g，将脂肪酸、多元醇、二元酸酐、衣康酸、阻聚剂和二甲苯一次性加入到反应器中，在一定温度下反应一段时间；
所述在一定温度下反应一段时间为：升温时间为1-1.5h，反应温度为170-180℃，反应时间为1-2h；
(2)然后加热至一定温度，反应至体系酸值达到要求，停止加热，降温，得到衣康酸改性的醇酸树脂；
所述加热至一定温度为：升温速度为10-15℃/h，所述反应温度为210-230℃；所述的酸值为15-25mgKOH/g树脂；
(3)按脂肪酸、活性稀释剂、光引发剂的质量比为28.2g：18.8-28.2g：1.69-3.94g选取活性稀释剂和光引发剂，将衣康酸改性的醇酸树脂、活性稀释剂以及光引发剂按比例混合并搅拌均匀，得到光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料。
2.根据权利要求1所述的一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述脂肪酸为豆油酸、亚麻油酸、棕榈油酸、葵花油酸、妥尔油酸、菜籽油酸中的一种或二种以上按任意配比的混合。
3.根据权利要求1所述的一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，其特征在于：所述多元醇为甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、新戊二醇中的一种或二种以上按任意配比的混合。
4.根据权利要求1所述的一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，其特征在于：所述二元酸酐为邻苯二甲酸酐；所述阻聚剂为对苯二酚、对羟基苯甲醚中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，其特征在于：步骤(1)和(2)需要全程通N2保护。
6.根据权利要求1所述的一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述活性稀释剂为甲基丙烯酸甲酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或二种以上按任意配比的混合。
7.根据权利要求1所述的一种光固化衣康酸改性醇酸树脂涂料的制备方法，其特征在于：所述光引发剂为1-羟环己基苯酮、2-羟基-2-甲基苯丙酮中的一种。
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