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水溶性醇酸树脂综述

1概述

醇酸树脂是美国通用电气公司Kienle于1927年提出的,它是以多元醇、多元酸以及脂肪酸为主要原料,通过缩聚反响而制得的一种聚合物.由于合成技术成熟、原料易得、树脂涂膜综合性能好,醇酸树脂已成为合成树脂中用量最大、用途最广的品种之一.但是,同其它溶剂型涂料一样,传统的醇酸树脂涂料含有大量溶剂(质量比大于40%),在生产施工过程中会严重危害环境和操作人员的身体健康.近年来,世界各国环保法规日益严格,传统的溶剂型涂料受到越来越大的挑战,涂料的水性化、高固体化趋势日益明晰.

水溶性涂料是在成膜聚合物中引进亲水的或水可增溶的基团,使其成为可以水为溶解介质的一种涂料,它是20世纪60年代开展起来的一类新型的低污染、省能源、省资源涂料.由于其优点明显,涂料水溶性的研究应用已引起了广泛的关注并取得了重要进展.水溶性醇酸树脂涂料是新的开展趋势,得到了大量的研究开发.

2水溶性醇酸树脂涂料的研究现状

2.1合成树脂的原料

用于合成醇酸树脂的原料有:植物油或脂肪酸、多元醇、多元酸、共溶剂和中和剂等.各种原料的作用不同,对水溶性醇酸树脂性能的影响也不同.

植物油或脂肪酸合成醇酸树脂常用的植物油有豆油、亚麻油、红花油、(氢化或脱水)蓖麻油、葵花籽油、桐油、椰子油等.其中蓖麻油、氢化蓖麻油合成的醇酸树脂水溶性最好,椰子油次之,脱水蓖麻油、豆油、亚麻油较差.

多元醇常用于合成醇酸树脂的多元醇有甘油、季戊四醇和三羟甲基丙烷.由甘油制备的醇酸树脂水溶性、干率和树脂的稳定性较差.季戊四醇反响较甘油活泼,一般与二元醇或三元醇配合使用,使用时要遵循“多元醇摩尔数大于多元酸摩尔数〞的规那么.三羟甲基丙烷形成的树脂的水解稳定性较甘油或季戊四醇形成的醇酸树脂有明显提高.

多元酸常用于合成醇酸树脂的多元酸有邻苯二甲酸或其酸酐(苯酐)、间苯二甲酸、己二酸、马来酸、偏苯三酸等.苯酐价格廉价,酯化反响温度低,反响平稳易控制,但它容易形成半酯使树脂相对分子量降低,进而导致涂膜枯燥时间延长,硬度降低.采用间苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐或不饱和二元顺酐代替局部苯酐可使以上某些缺陷得以弥补.

中和剂中和剂是将阴离子树脂中的羧酸中和成可溶性盐的试剂,是水溶性醇酸树脂制备过程中必不可少的成分.中和剂的碱性强度、胺的相对分子质量、在水中的溶解度、挥发速度等能明显影响树脂的水溶性、稳定性、粘度、固化速度及涂膜的泛黄性.在具体使用时,通常应综合考虑以下几个因素:(1)挥发性好;(2)价格廉价,气味小;(3)对树脂的稳定性好.常用的中和剂有氨、氢氧化钾、三乙胺.其中三乙胺在常温下挥发速度适宜,其助溶效果比氨水和氢氧化钾都好,此外,三乙胺不会使聚酯产生胺解反响,提高了树脂的稳定性,是较为理想的中和剂.中和剂的用量应由pH值确定,一般控制在pH为7.5～8.5.

共溶剂共溶剂(也称助溶剂)的作用是增加树脂在水中的溶解度,调节树脂的粘度,提高树脂的稳定性,改善树脂漆膜的流平性和外观.助溶剂的选择主要考虑助溶剂的偶合能力、蒸发速度及其降解效应.常用的助溶剂有正丁醇、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚等.

2.2醇酸树脂的水性化研究

要使醇酸树脂具有水溶性,最重要的是将树脂制成离子型聚合物.使醇酸树脂水性化的方法有:

成盐法该法通过将聚合物中的羧基或氨基分别用适当的碱或酸中和,将聚合物主链转变成阳离子或阴离子,使聚合物溶于水.

在聚合物中引入非离子基团法该法在醇酸树脂中参加含羟基或醚基的聚合物作为活性稀释剂,使树脂自行乳化于水中.

将聚合物变成两性离子中间体法该法通过合成两性离子型共聚物而得到一种无胺或无甲醛逸出的新型水溶性涂料体系.

2.3枯燥机理研究

醇酸树脂的枯燥一般遵循自氧化枯燥机理:首先不饱和双键吸收氧气形成氢过氧化物,然后氢过氧化物分解生成烷基自由基,通过自由基的聚合增大树脂相对分子质量,形成最终涂膜.自氧化枯燥的关键步骤是不饱和树脂与氧反响生成氢过氧化物.水溶性醇酸树脂与溶剂型醇酸树脂具有相同的枯燥机理,但水溶性醇酸树脂因为制备过程和所含成分的不同其枯燥过程又有自己的特点.

水溶性醇酸树脂的枯燥速率一般比相应的溶剂型醇酸树脂的枯燥速率小,美国堪萨斯市涂料协会研究比拟了以同类醇酸为基料配制的水稀释涂料和溶剂型涂料,用数据作曲线导出了两者间的干性通式:Y=1.5X+1(其中,Y是水稀释醇酸的枯燥时间,X是溶剂型醇酸的枯燥时间,h表示时间).主要原因是氧在水中比在一般溶剂中溶解度小,加上单态氧在水中的活泼期极短,致使醇酸吸氧较慢导致水稀释醇