CN114573798A - 一种涂料用超支化聚酯树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涂料用超支化聚酯树脂及其制备方法,该制备方法包括以下步骤:S1:将羧酸、多元醇和1/4或1/3的缩合剂倒入具有搅拌器、回流冷凝管、温度计及氮气四个入口的四口反应瓶中混合搅拌,升温反应、降温反应后,得到AB2单体1、AB2单体2;S2:将甲醇和剩余的缩合剂加入AB2单体1、AB2单体2的反应瓶中,升温后反应一段时间,然后降至一定温度后得到AB2单体3、AB2单体4;S3:将聚酯多元醇、溶剂加入AB2单体3、AB2单体4的反应瓶中,升至一定温度后进行缩合反应,然后降温并抽真空,得到超支化聚酯树脂。本发明的制备方法工艺简单,且制备的超支化聚酯树脂为粘度低的液体,无需二次改性,能够大规模使用,且更加环保。
Description
技术领域
本发明属于超支化聚酯树脂制备技术领域,具体涉及一种涂料用超支化聚酯树脂及其制备方法。
背景技术
传统涂料由于使用大量有机溶剂,达不到工业涂料VOC排放标准要求,利用超支化树脂低粘度特性,制备高固体含量、低粘度树脂,用于涂料配方的设计和生产,从而达到降低VOC排放,保护环境的目的。较早用于工业化生产的超支化聚酯有Perstorp公司Boltorn型HBPester系列产品,如BoltornH20、BoltornH30、BoltornH40等,采用三羟甲基丙烷为核单元,以2,2-二羟甲基丙酸为支化单元,在酸催化剂下进行聚合反应制得,此系列树脂为固体,需要重新进行改性后才能用于涂料的配方设计,使用受限。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足,而提供一种涂料用超支化聚酯树脂及其制备方法,制备工艺简单,且制备的超支化聚酯树脂为粘度低的液体,无需二次改性,能够大规模使用,且更加环保。
本发明采用的技术方案为:一种涂料用超支化聚酯树脂,其特征在于,包括以下重量百分比的组分:羧酸25-45%、多元醇25-41%、聚酯多元醇20-36%、溶剂6-15%、甲醇1.5-10%、缩合剂0.4-1.0%。
优选的,所述羧酸采用苯-1,2,4-三羧酸-1,2-酐,所述多元醇采用1,4- 丁二醇或1-丁醇中的一种或两种,所述溶剂采用仿氯。
优选的,所述聚酯多元醇采用聚ε-内酯二醇。
优选的,所述溶剂采用仿氯。
优选的,所述缩合剂采用二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶-4-甲苯磺酸盐中的一种或二种。
一种涂料用超支化聚酯树脂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将羧酸、多元醇和1/4或1/3的缩合剂倒入具有搅拌器、回流冷凝管、温度计及氮气四个入口的四口反应瓶中混合搅拌,升至一定温度后保温反应一段时间,然后降至一定温度后反应一段时间,得到AB2单体1、AB2单体2;
S2:将甲醇和剩余的缩合剂加入AB2单体1、AB2单体2的反应瓶中,升至一定温度后保温并进行缩合反应一段时间,然后降至一定温度后,得到AB2单体3、 AB2单体4;
S3:将聚酯多元醇、溶剂加入AB2单体3、AB2单体4的反应瓶中,先升至一定温度,再保温进行缩合反应,然后降温并抽真空,得到超支化聚酯树脂。
具体的,所述步骤S1具体为:在氮气保护下将羧酸、多元醇和1/4或1/3 的缩合剂混合倒入具有搅拌器、回流冷凝管、温度计及氮气四个入口的四口反应瓶中搅拌升温至140-160℃,保温并反应2-3小时,保温完成后再降至 120-140℃,反应1-2小时,得到AB2单体1、AB2单体2。
具体的,所述步骤S2具体为:将甲醇和剩余的缩合剂加入AB2单体1、AB2单体2的反应物中,升温到140-160℃,保温反应1-2小时,降温至120-140℃,得到AB2单体3、AB2单体4。
具体的,所述步骤S3中,将聚酯多元醇、溶剂加入AB2单体3、AB2单体4 反应容器中后,升温至140-160℃,保温缩合反应1-3小时。
具体的,所述步骤S3中,在保温缩合反应后,当酸值小于20mgKOH/g时,降温至120-140℃,抽取真空度至-0.1Mpa,将酸值控制在1-1.2mgKOH/g,得到超支化聚酯树脂。
本发明的有益效果:
1、本发明使用脂肪族类单体进行熔融聚合,制得的超支化聚酯树脂粘度低,无需二次改性,添加到涂料配方体系中可显著降低体系的粘度,且减少了有机溶剂的使用,更加环保,同时使用聚ε-内酯二醇对超支化聚酯树脂进行改性,增加了树脂的高低温特性、附着力以及柔韧性。
2、本发明的超支化聚酯树脂的制备采用一步法,制备工艺简单,且原材料成本低,适合工业化大规模生产。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
以下结合实施例具体说明:
实施例1
一种涂料用超支化聚酯树脂,其各组分重量以及对应重量百分比如下表所示:
组分 | 重量(g) | 百分比(%) |
苯-1,2,4-三羧酸-1,2-酐(BTA) | 351.74 | 35.17% |
1,4-丁二醇(BDO) | 242.57 | 24.26% |
1-丁醇 | 97.62 | 9.76% |
甲醇 | 17.23 | 1.72% |
聚ε-内酯二醇 | 218.15 | 21.82% |
二环己基碳二亚胺 | 3.76 | 0.38% |
4-二甲氨基吡啶-4-甲苯磺酸盐 | 1.59 | 0.16% |
仿氯 | 67.34 | 6.73% |
总重量 | 1000 | 100% |
在氮气保护下将苯-1,2,4-三羧酸-1,2-酐、1,4-丁二醇和1/4或1/3的缩合剂混合倒入具有搅拌器、回流冷凝管、温度计及氮气四个入口的四口反应瓶中混合搅拌升温至160℃,再进行保温2小时,然后将温度降至120℃,反应 1.5小时,得到AB2单体1、AB2单体2;
将甲醇和剩余的缩合剂加入AB2单体1、AB2单体2的反应瓶中升温到140℃,保温反应2小时,然后降温至120℃,得到得到AB2单体3、AB2单体4;
将聚ε-内酯二醇、仿氯加入AB2单体3、AB2单体4反应容器中,升温至140℃,保温缩合反应2小时,当酸值小于20mgKOH/g时,降温至120℃,抽取真空度至 -0.1Mpa,将酸值控制在1-1.2mgKOH/g,最终得到分子量为6000的超支化聚酯树脂。
实施例2
一种涂料用超支化聚酯树脂,其各组分重量以及对应重量百分比如下表所示:
组分 | 重量(g) | 百分比(%) |
苯-1,2,4-三羧酸-1,2-酐(BTA) | 301.76 | 30.18% |
1,4-丁二醇(BDO) | 298.42 | 29.84% |
1-丁醇 | 79.96 | 8.00% |
甲醇 | 21.43 | 2.14% |
聚ε-内酯二醇 | 225.19 | 22.52% |
二环己基碳二亚胺 | 3.28 | 0.33% |
4-二甲氨基吡啶-4-甲苯磺酸盐 | 1.62 | 0.16% |
仿氯 | 68.34 | 6.83% |
总重量 | 1000 | 100% |
在氮气保护下将苯-1,2,4-三羧酸-1,2-酐、1,4-丁二醇和1/4或1/3的缩合剂混合倒入具有搅拌器、回流冷凝管、温度计及氮气四个入口的四口反应瓶中混合搅拌升温至160℃,再进行保温2小时,然后将温度降至120℃,反应 1.5小时,得到AB2单体1、AB2单体2;
将甲醇和剩余的缩合剂加入AB2单体1、AB2单体2的反应瓶中升温到140℃,保温反应2小时,然后降温至120℃,得到得到AB2单体3、AB2单体4;
将聚ε-内酯二醇、仿氯加入AB2单体3、AB2单体4反应容器中,升温至140℃,保温缩合反应2小时,当酸值小于20mgKOH/g时,降温至120℃,抽取真空度至 -0.1Mpa,将酸值控制在1-1.2mgKOH/g,最终得到分子量为4000的超支化聚酯树脂。
实施例3
一种涂料用超支化聚酯树脂,其各组分重量以及对应重量百分比如下表所示:
组分 | 重量(g) | 百分比(%) |
苯-1,2,4-三羧酸-1,2-酐(BTA) | 269.49 | 26.95% |
1,4-丁二醇(BDO) | 211.65 | 21.17% |
1-丁醇 | 72.37 | 7.24% |
甲醇 | 20.52 | 2.05% |
聚ε-内酯二醇 | 350.26 | 35.03% |
二环己基碳二亚胺 | 3.28 | 0.33% |
4-二甲氨基吡啶-4-甲苯磺酸盐 | 1.87 | 0.19% |
仿氯 | 70.56 | 7.06% |
总重量 | 1000 | 100% |
在氮气保护下将苯-1,2,4-三羧酸-1,2-酐、1,4-丁二醇和1/4或1/3的缩合剂混合倒入具有搅拌器、回流冷凝管、温度计及氮气四个入口的四口反应瓶中混合搅拌升温至160℃,再进行保温2小时,然后将温度降至120℃,反应 1.5小时,得到AB2单体1、AB2单体2;
将甲醇和剩余的缩合剂加入AB2单体1、AB2单体2的反应瓶中升温到140℃,保温反应2小时,然后降温至120℃,得到得到AB2单体3、AB2单体4;
将聚ε-内酯二醇、仿氯加入AB2单体3、AB2单体4反应容器中,升温至140℃,保温缩合反应2小时,当酸值小于20mgKOH/g时,降温至120℃,抽取真空度至-0.1Mpa,将酸值控制在1-1.2mgKOH/g,最终得到分子量为2000的超支化聚酯树脂。
对比例
选择传统的超支化聚酯树脂作为对比例,其各组分重量以及对应重量百分比如下表所示:
组分 | 重量(g) | 百分比(%) |
DMPA | 721.34 | 72.13% |
三羟甲基丙烷(TMP) | 89.02 | 8.90% |
对甲苯磺酸(p-TSA) | 3.83 | 0.38% |
丙酮 | 160.65 | 16.07% |
乙醇 | 25.16 | 2.52% |
总重量 | 1000 | 100% |
在氮气保护下将DMPA、1/2的对甲苯磺酸、1/2的丙酮和1/2的乙醇倒入具有搅拌器、回流冷凝管、温度计及氮气四个入口的四口反应瓶中,升温至140℃,常压保温反应2.5小时,当酸值小于25mgKOH/g时,停止反应;将三羟甲基丙烷、剩余的对甲苯磺酸、丙酮和乙醇倒入上述反应得到的融熔产物的反应瓶中,在氮气保护下,常压保温反应2.5小时,当酸值小于10mgKOH/g时,停止反应,最终得到分子量为1400的超支化聚酯树脂。
实施例制备的超支化聚酯树脂与对比例制备的超支化聚酯树脂的性能进行对比,结果如表1所示:
表1
性能 | 实施例1 | 实施例2 | 实施列3 | 对比例1 |
粘度,4#杯,25℃(S) | 80-90 | 70-80 | 60-70 | 70-80 |
固体含量(%) | ≧98 | ≧98 | ≧98 | 100 |
羟值mgKOH/g | 580 | 560 | 540 | 500 |
酸值mgKOH/g | ﹤8 | ﹤10 | ﹤12 | ﹤20 |
分子量g/mol | 6000 | 4000 | 2000 | 1400 |
备注 | 透明液体 | 透明液体 | 透明液体 | 白色固体 |
从表1能够得知,实施例1-3的超支化聚酯树脂羟值大,反应活性及涂膜硬度高,酸值小,铜片腐蚀性能好;而对比例的超支化聚酯树脂为本色粉状固体,不能直接用于涂料配方,需改性处理,应用受限。
将实施例1-3制备的超支化聚酯树脂、传统线性聚酯树脂用于相同涂料配方中的性能对比,对比结果如表2所示:
表2
从表2能够得知,实施例2的超支化聚酯树脂与传统线性聚酯树脂对比,拥有近似的粘度、涂膜硬度,附着力好于传统线性聚酯树脂,固化中挥发份小于等于2%,相比传统线性聚酯树脂大幅下降,相当于VOC的排放只有20g/L,远低于GB30981-2020无溶剂涂料VOC≤100g/L的要求,更加环保,从凝胶时间和贮存稳定性来看,也好于传统线性聚酯树脂,解决了使用周期短、容易聚合的弊端。
在本发明中,苯-1,2,4-三羧酸-1,2-酐的结构式如下:
1,4-丁二醇的结构式如下:
聚酯多元醇的结构式如下:
其中,R=H、CH3或CH2CH2CH2CH3。
制备得到的AB2单体1、AB2单体2的结构式依次如下:
制备得到的AB2单体3、AB2单体4的结构式依次如下:
最终制得的超支化聚酯树脂的结构式如下:
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (10)
1.一种涂料用超支化聚酯树脂,其特征在于,包括以下重量百分比的组分:羧酸25-45%、多元醇25-41%、聚酯多元醇20-36%、溶剂6-15%、甲醇1.5-10%、缩合剂0.4-1.0%。
2.根据权利要求1所述的一种涂料用超支化聚酯树脂及其制备方法,其特征在于:所述羧酸采用苯-1,2,4-三羧酸-1,2-酐,所述多元醇采用1,4-丁二醇或1-丁醇中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种涂料用超支化聚酯树脂及其制备方法,其特征在于:所述聚酯多元醇采用聚ε-内酯二醇。
4.根据权利要求1所述的一种涂料用超支化聚酯树脂及其制备方法,其特征在于:所述溶剂采用仿氯。
5.根据权利要求1所述的一种涂料用超支化聚酯树脂及其制备方法,其特征在于:所述缩合剂采用二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶-4-甲苯磺酸盐中的一种或二种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种涂料用超支化聚酯树脂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:将羧酸、多元醇和1/4或1/3的缩合剂倒入具有搅拌器、回流冷凝管、温度计及氮气四个入口的四口反应瓶中混合搅拌,升至一定温度后保温反应一段时间,然后降至一定温度后反应一段时间,得到AB2单体1、AB2单体2;
S2:将甲醇和剩余的缩合剂加入AB2单体1、AB2单体2的反应瓶中,升至一定温度后保温并进行缩合反应一段时间,然后降至一定温度后,得到AB2单体3、AB2单体4;
S3:将聚酯多元醇、溶剂加入AB2单体3、AB2单体4的反应瓶中,先升至一定温度,再保温进行缩合反应,然后降温并抽真空,得到超支化聚酯树脂。
7.根据权利要求6所述的一种涂料用超支化聚酯树脂的制备方法,其特征在于,所述步骤S1具体为:在氮气保护下将羧酸、多元醇和1/4或1/3的缩合剂混合倒入具有搅拌器、回流冷凝管、温度计及氮气四个入口的四口反应瓶中搅拌升温至140-160℃,保温并反应2-3小时,保温完成后再降至120-140℃,反应1-2小时,得到AB2单体1、AB2单体2。
8.根据权利要求6所述的一种涂料用超支化聚酯树脂的制备方法,其特征在于,所述步骤S2具体为:将甲醇和剩余的缩合剂加入AB2单体1、AB2单体2的反应物中,升温到140-160℃,保温反应1-2小时,降温至120-140℃,得到AB2单体3、AB2单体4。
9.根据权利要求6所述的一种涂料用超支化聚酯树脂的制备方法,其特征在于:所述步骤S3中,将聚酯多元醇、溶剂加入AB2单体3、AB2单体4反应容器中后,升温至140-160℃,保温缩合反应1-3小时。
10.根据权利要求9所述的一种涂料用超支化聚酯树脂的制备方法,其特征在于:所述步骤S3中,在保温缩合反应后,当酸值小于20mgKOH/g时,降温至120-140℃,抽取真空度至-0.1Mpa,将酸值控制在1-1.2mgKOH/g,得到超支化聚酯树脂。
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