一種磺酸型水性不飽和聚酯及其在塗料中的應用的製作方法
2023-05-14 22:54:46
一種磺酸型水性不飽和聚酯及其在塗料中的應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種磺酸型水性不飽和聚酯及其在塗料中的應用。該聚酯由按重量份數計，35.52～42.35份二元醇、0～13.35份飽和二元酸、24.77～46.02份飽和酸酐、0～24.31份不飽和二元酸、0～25.37份不飽和酸酐、1.71～3.60份水性單體、0.010～0.049份阻聚劑和0.010～0.052份抗氧化劑聚合而成；乳化後與活性稀釋劑進行交聯固化反應製得，其中磺酸型水性不飽和聚酯乳液70～90%，活性稀釋劑8～28%。本發明原料易得、工藝簡單，製得的磺酸型水性不飽和聚酯塗料具有優良的力學性能，既保證了塗層的耐水性、VOC含量較低、同時保持了較好的柔韌性、硬度和乾燥速度快的特點。
【專利說明】一種磺酸型水性不飽和聚酯及其在塗料中的應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於水性塗料領域，特別涉及一種磺酸型水性不飽和聚酯與合成方法及其在塗料中的應用。
【背景技術】
[0002]不飽和聚酯樹脂是近代化工行業發展的一個重要的熱固性樹脂品種，其突出的耐水性、耐候性以及高硬度、高豐滿度等優點，是重要的塗料用樹脂之一。廣泛用於金屬器件和木製家具的塗覆以及道路標識的防腐和電子設備的絕緣等方面。但採用通用型不飽和聚酯樹脂製備塗料時存在韌性差、易燃燒、收縮率大，耐熱性能差，因有機溶劑揮發量大而汙染環境等缺點，普通不飽和聚酯樹脂塗料已無法適應社會發展的需求。近幾十年來對於不飽和聚酯樹脂塗料的改性研究一直是人們關注的熱點，併合成出了許多性能更為優良適用於不同領域的新型不飽和聚酯樹脂的塗料。
[0003]隨著社會經濟和科學技術的不斷發展，人們環保意識的日益增強，全球面臨的環境惡化問題如今倍受關注，環境保護已成為全球最熱門的話題之一，因此，研製低VOC排放的環保型不飽和聚酯樹脂塗料已成為不飽和聚酯樹脂塗料的重要組成部分，並且隨著研究的深入進行，不斷湧現出更為環保的新品種。
[0004]水性不飽和聚酯樹脂塗料是環保塗料的重要品種之一，與溶劑型塗料相比，它最大的優點就是VOC含量較低無異味不燃燒且毒性低，其主要成分為水性不飽和聚酯樹脂。水性不飽和聚酯樹脂是在分子鏈中引入親水基團，親水基團的存在能夠充分賦予不飽和聚酯樹脂的水溶性。最常用的親水基團有羧基、羥基和胺基等，這些親水基團不但使不飽和聚酯樹脂具有親水性，而且使它具有許多寶貴的性能，如粘合性、分散性、成膜性、絮凝性、增稠性等。通過控制不飽和聚酯樹脂的中和度可提供不同的水溶性，可製成不同的分散體系，如水溶型、乳膠型和水分散型等。由於水無毒、無味、不燃而且廉價，因此，將水引入塗料中，既可降低生產成本，又大大降低VOC的含量，所以水性塗料才得以迅猛發展。然而水性不飽和聚酯樹脂塗料也存在缺陷，如耐水性差、光澤度差、硬度低以及固含量低等，限制了其進一步發展。
[0005]在國內外對不飽和聚酯樹脂的研究中，僅僅體現在對溶劑型不飽和聚酯樹脂的研究上，水性化不飽和聚酯樹脂是用水作為溶劑。以水作為溶劑既安全又環保，水性塗料帶來的環境問題機會為零。但這種改性方法往往是比較困難的，主要體現在如何選擇合適的水性單體。而且還要求這種改性方法對不飽和聚酯樹脂的耐水性幾乎不會產生什麼影響。因此，合成一種可以水性化、機械性能好，耐水性好的不飽和聚酯樹脂，一直是生產廠家所追求的，然而迄今這一塊仍然屬於國內外研究中的空白。因此，尋求一種工藝簡單，同時產品又具備硬度高、光澤度高、固含量高的水性不飽和聚酯樹脂的生產方法，具有十分重要的意義。
【發明內容】
[0006]為了克服上述現有技術的缺點與不足，本發明的首要目的在於提供一種磺酸型水性不飽和聚酯。
[0007]本發明另一目的在於提供上述磺酸型水性不飽和聚酯的合成方法。
[0008]本發明再一目的在於提供一種磺酸型水性不飽和聚酯樹脂在塗料中的應用。
[0009]一種磺酸型水性不飽和聚酯，由以下方法合成:
[0010]步驟一:組成及其配比
[0011]按重量份數計，由35.52~42.35份二元醇、O~13.35份飽和二元酸、24.77~46.02份飽和酸酐、O~24.31份不飽和二元酸、O~25.37份不飽和酸酐、1.71~3.60份水性單體、0.010~0.049份阻聚劑和0.010~0.052份抗氧化劑聚合而成；
[0012]步驟二:不飽和聚酯預聚體的合成
[0013]將二元醇、飽和二元酸或飽和酸酐與不飽和二元酸或不飽和酸酐投入反應釜，升溫至108~132°C加入二甲苯、阻聚劑和抗氧化劑，待反應物完全溶解後開始攪拌，保溫I~2小時；繼續升溫至148 ~172°C，保溫2~3小時並同時保持回流；再繼續升溫至188~212°C，保溫6~8小時並同時利用分水器除水；
[0014]步驟三:製備磺酸型水性不飽和聚酯
[0015]先加入水性單體同時升高溫度至228~242°C，保溫至酸值達到配方設計的理論值，再抽真空脫除體系內的溶劑；降溫至38~62°C，加入中和劑至不飽和聚酯的pH為中性，即可得到磺酸型水性不飽和聚酯；
[0016]所述的水性單體為N，N-二(2-羥乙基)-2_氨基乙磺酸、琥珀酸二異辛酯磺酸鈉、間苯二甲酸-5-磺酸鈉、間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉和2-磺酸-1,4- 丁二醇中的至少一種；
[0017]步驟四:製備磺酸型水性不飽和聚酯乳液
[0018]在38~62°C下加水稀釋，至磺酸型水性不飽和聚酯佔整個體系的40%~60%，並於1800~3000轉/分鐘的的條件下高速攪拌10~20min即得磺酸型水性不飽和聚酯乳液。
[0019]所述二元醇為乙二醇、I，2-丙二醇、I，3-丙二醇、I，4-丁二醇、I，6-己二醇、一縮
二乙二醇、二縮三乙二醇和新戊二醇中的至少一種。
[0020]所述的飽和二元酸為丁二酸、己二酸、辛二酸、葵二酸中的至少一種；
[0021]所述的飽和酸酐為鄰苯二甲酸酐、丁二酸酐、己二酸酐、偏苯三酸酐中的至少一種；
[0022]所述不飽和二元酸為馬來酸和富馬酸中的至少一種；
[0023]所述的不飽和酸酐為馬來酸酐。
[0024]所述的抗氧劑是亞磷酸三苯酯和2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一種。
[0025]所述的阻聚劑是對苯二酚、對苯醌和特丁基對苯二酚中的至少一種。
[0026]所述的中和劑是三乙胺、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的至少一種。
[0027]本發明還提供上述磺酸型水性不飽和聚酯在塗料中的應用，其特徵在於，採用上述磺酸型水性不飽和聚酯為主要原料，製備一種用於木製品塗裝的高固含量、高硬度的不飽和聚酯啞光面漆，按重量份數計的配方如下:
[0028]
【權利要求】
1.一種磺酸型水性不飽和聚酯，其特徵在於它是由以下方法合成: 步驟一:組成及其配比 按重量份數計，由35.52~42.35份二元醇、O~13.35份飽和二元酸、24.77~46.02份飽和酸酐、O~24.31份不飽和二元酸、O~25.37份不飽和酸酐、1.71~3.60份水性單體、0.010~0.049份阻聚劑和0.010~0.052份抗氧化劑聚合而成； 步驟二:不飽和聚酯預聚體的合成 將二元醇、飽和二元酸或飽和酸酐與不飽和二元酸或不飽和酸酐投入反應爸，升溫至108~132°C加入二甲苯、阻聚劑和抗氧化劑，待反應物完全溶解後開始攪拌，保溫I~2小時；繼續升溫至148~172°C，保溫2~3小時並同時保持回流；再繼續升溫至188~212°C，保溫6~8小時並同時利用分水器除水； 步驟三:製備磺酸型水性不飽和聚酯 先加入水性單體同時升高溫度至228~242°C，保溫至酸值達到配方設計的理論值，再抽真空脫除體系 內的溶劑；降溫至38~62°C，加入中和劑至不飽和聚酯的pH為中性，即可得到磺酸型水性不飽和聚酯； 所述的水性單體為N，N- 二(2-羥乙基)-2-氨基乙磺酸、琥珀酸二異辛酯磺酸鈉、間苯二甲酸-5-磺酸鈉、間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉和2-磺酸-1，4- 丁二醇中的至少一種；步驟四:製備磺酸型水性不飽和聚酯乳液 在38~62 °C下加水稀釋，至磺酸型水性不飽和聚酯佔整個體系的40%~60%，並於1800~3000轉/分鐘的的條件下高速攪拌10~20min即得磺酸型水性不飽和聚酯乳液。
2.根據權利要求1所述的一種磺酸型水性不飽和聚酯，其特徵在於:所述二元醇為乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4- 丁二醇、1，6-己二醇、一縮二乙二醇、二縮三乙二醇和新戊二醇中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的一種磺酸型水性不飽和聚酯，其特徵在於:所述的飽和二元酸為丁二酸、己二酸、辛二酸、葵二酸中的至少一種； 所述的飽和酸酐為鄰苯二甲酸酐、丁二酸酐、己二酸酐、偏苯三酸酐中的至少一種； 所述不飽和二元酸為馬來酸和富馬酸中的至少一種； 所述的不飽和酸酐為馬來酸酐。
4.根據權利要求1所述的一種磺酸型水性不飽和聚酯，其特徵在於:所述的抗氧劑是亞磷酸三苯酯和2，6- 二叔丁基-4-甲基苯酚中的至少一種； 所述的阻聚劑是對苯二酚、對苯醌和特丁基對苯二酚中的至少一種； 所述的中和劑是三乙胺、乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的至少一種。
5.一種磺酸型水性不飽和聚酯在塗料中的應用，其特徵在於，採用權利要求1~4所述的磺酸型水性不飽和聚酯為主要原料，製備一種用於木製品塗裝的高固含量、高硬度的不飽和聚酯啞光面漆，按重量份數計的配方如下:
6.根據權利要求5所述一種磺酸型水性不飽和聚酯在塗料中的應用，其特徵在於，所述分散劑為聚羧酸胺型、改性聚矽氧烷型、改性聚丙烯酸酯型和聚羧酸銨鹽型等中的至少一種。
7.根據權利要求5所述一種磺酸型水性不飽和聚酯在塗料中的應用，其特徵在於，所述的流平劑為聚醚改性有機矽、聚酯改性含羥基有機矽、異氰酸酯改性有機矽、聚丙烯酸酯和氟改性丙烯酸酯共聚物中的至少一種。
【文檔編號】C09D167/06GK103951818SQ201410150355
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】何宇, 許凱, 陳榮, 楊坤, 陳鳴才, 許正敏, 方燕, 康倫國, 孫小光 申請人:中科院廣州化學有限公司, 合眾（佛山）化工有限公司