低光型粉末涂料用50/50聚酯樹脂的合成及性能研究

周 勇，吳澤凱，譚衛(wèi)東，洪昭武，王永壘

(1安徽黃山市徽州康佳化工有限責(zé)任公司，安徽 黃山 245061； 2.黃山學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，安徽 黃山 245041)

低光型粉末涂料用50/50聚酯樹脂的合成及性能研究

周 勇1，吳澤凱1，譚衛(wèi)東1，洪昭武1，王永壘2

(1安徽黃山市徽州康佳化工有限責(zé)任公司，安徽 黃山 245061； 2.黃山學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，安徽 黃山 245041)

以新戊二醇、三羥甲基丙烷、二甘醇、對苯二甲酸、癸二酸為主要原料，通過逐步縮聚的方法合成出了戶內(nèi)低光型粉末涂料用50/50聚酯樹脂。最佳的工藝條件為對苯二甲酸與癸二酸的物質(zhì)的量比為55:45；新戊二醇與二甘醇的物質(zhì)的量比為60:40，三羥甲基的用量與總物料質(zhì)量比1%； 醇酸物質(zhì)的量比為1.1:1，制備出酸值為71mgKOH/g、黏度為6200mPa·s的低光型50/50聚酯樹脂。對于樣板來說，光澤可以由90度降至15度以下，且涂膜綜合性能優(yōu)良。并借助紅外色譜對得到的聚酯進(jìn)行了表征。

低光；粉末涂料；聚酯樹脂；合成

粉末涂料是20世紀(jì)中期開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，和傳統(tǒng)的溶劑型涂料相比，它完全不含溶劑，零VOC，具有節(jié)省資源、節(jié)省能源、減少污染、工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，涂層性能優(yōu)異等特點(diǎn)[1-3]，被國家列為鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)保型涂料。

隨著人們不斷追求時(shí)尚生活以及審美觀念的轉(zhuǎn)變，具有裝飾效果的低光型粉末涂料越來越受到人們的喜愛。近年來，在戶內(nèi)用的低光型粉末涂料中[4-6]，用量最大的是50/50戶內(nèi)粉末涂料體系，主要是由50/50聚酯樹脂和E-12環(huán)氧樹脂作為涂膜材料，搭配其他助劑組成。50/50聚酯樹脂作為粉末涂料的主要原材料將直接決定著粉末涂料的性能，目前戶內(nèi)50/50粉末涂料消光體系相比純環(huán)氧消光體系在技術(shù)上更加困難，在消光效果，表面細(xì)膩度，表面流平等方面尚有待提高。開發(fā)一款性能優(yōu)異的低光型粉末涂料用50/50聚酯樹脂具有非常重要的意義。

本文以新戊二醇、三羥甲基丙烷、二甘醇、對苯二甲酸、癸二酸等為原料，通過不同配方工藝設(shè)計(jì)合成出了一種低光型粉末涂料用50/50聚酯樹脂，并對聚酯樹脂的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和藥品

紅外光譜(Nicolet 380)，美國 Nicolet(尼高力)公司；REL黏度計(jì)(D8MSVHT)，英國REL公司。

對苯二甲酸(PTA)、單丁基氧化錫、癸二酸、二甘醇、新戊二醇(NPG)、三羥甲基丙烷、偏苯三酸酐均為分析純試劑，來自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 聚酯樹脂的合成

按配方量將多元醇、多元酸和催化劑投入到裝有攪拌器、分餾柱、溫度計(jì)的5 L 反應(yīng)器中，攪拌均勻。 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下， 逐漸升溫至 180～250 ℃進(jìn)行逐步聚合反應(yīng)一定時(shí)間，加入酸解劑調(diào)節(jié)酸值，然后在真空的作用下進(jìn)行真空縮聚反應(yīng)，控制聚酯終點(diǎn)，加入抗氧劑，降溫，得到酸值、黏度符合要求的聚酯試樣，高溫出料經(jīng)鋼帶冷卻破碎即得到低光型50/50聚酯樹脂。

1.3 測試方法

酸值(AV)測定依據(jù)HG/T2708-95《聚酯多元醇酸值的測定》進(jìn)行。

1.4 粉末涂料涂層制備

表1 低光型粉末涂料基本配方Table 1 Basic formula of low light powder coating

表1(續(xù))

2 結(jié)果與討論

2.1 多元酸的物質(zhì)的量比

多元酸對聚酯樹脂產(chǎn)品的指標(biāo)及性能影響明顯[7]，不同物質(zhì)的量比的對苯二甲酸和癸二酸對聚酯樹脂酸值、黏度的影響見圖1。

圖1 對苯二甲酸與癸二酸的物質(zhì)的量比 對聚酯樹脂酸值及黏度的影響

Fig.1 Effect of molar ratio of terephthalic acid to sebacic acid on acid value and viscosity of polyester resin

從圖1可以看出，隨著對苯二甲酸用量的減少，聚酯樹脂的酸值和黏度均出現(xiàn)明顯降低的趨勢。這說明癸二酸在反應(yīng)活性、鏈段的柔軟性方面都比對苯二甲酸好，但是由于癸二酸的用量過多會(huì)導(dǎo)致聚酯樹脂的剛性較差，聚酯樹脂的黏度太低而無法使用，因此，合適的對苯二甲酸與癸二酸的物質(zhì)的量比為55/45。

2.2 多元醇的物質(zhì)的量比

在反應(yīng)過程中，新戊二醇和二甘醇是最主要的兩種多元醇，新戊二醇與二甘醇的物質(zhì)的量比對聚酯樹脂酸值、黏度的影響見圖2。

由圖2可知，隨著新戊二醇用量的減少，聚酯樹脂的酸值和黏度均呈現(xiàn)明顯下降的趨勢。這說明二甘醇與新戊二醇相比，反應(yīng)活性更高，在相同的反應(yīng)條件下可以得到更低酸值的產(chǎn)品；同時(shí)，二甘醇的作為柔性鏈的多元醇，隨著其用量的增加，聚酯樹脂的黏度會(huì)越來越小。綜合考慮，適宜的新戊二醇與二甘醇的物質(zhì)的量比為60:40。

圖2 新戊二醇與二甘醇的物質(zhì)的量比 對聚酯樹脂酸值及黏度的影響

Fig.2 Effect of the molar ratio of neopentyl glycol to diethylene glycol on the acid value and viscosity of polyester resin

2.3 三羥甲基丙烷的用量

三羥甲基丙烷作為聚酯樹脂黏度和分子量調(diào)節(jié)劑，其用量的不同直接影響著聚酯樹脂最終產(chǎn)品的分子量及性能。不同的添加量對聚酯樹脂產(chǎn)品的酸值及黏度的影響見圖3。

圖3 三羥甲基丙烷的用量對聚酯樹脂酸值及黏度的影響Fig.3 Effect of the amount of trimethylolpropane on acid value and viscosity of polyester

從圖3看出，三羥甲基丙烷的加入量雖然不大，但是對聚酯樹脂的黏度影響較為明顯。總體來看，隨著三羥甲基丙烷用量的增加，聚酯樹脂的酸值出現(xiàn)輕微下降趨勢，但是聚酯樹脂的黏度增加迅速，這說明三羥甲基丙烷的引入會(huì)導(dǎo)致體系的分子量急劇增加，體系黏度變大。過高的黏度會(huì)影響最終聚酯樹脂的放料及后續(xù)應(yīng)用性能。綜合考慮，三羥甲基丙烷的用量為總物料的1%～1.5%是適宜的。

2.4 醇酸比的優(yōu)化

醇酸比直接影響著聚酯樹脂的常規(guī)指標(biāo)及分子結(jié)構(gòu)[10]，不同的醇酸比對產(chǎn)品酸值及黏度的影響見圖4。

圖4 醇酸物質(zhì)的量比對聚酯樹脂酸值及黏度的影響Fig.4 Effect of molar ratio of polyol to polybasic acid on acid value and viscosity of polyester

由圖4可知，隨著醇酸物質(zhì)的量比的增加，聚酯樹脂的酸值和黏度都出現(xiàn)了下降。在聚酯酯化反應(yīng)過程中，隨著羥基量的增加，酸值會(huì)下降較快，同時(shí)分子量變??；醇酸物質(zhì)的量比的增加其實(shí)就是增加了體系中羥基的數(shù)量，但是，過高的醇酸比會(huì)導(dǎo)致分子量達(dá)不到粉末涂料應(yīng)用性能的要求?？紤]到產(chǎn)品的綜合性能，合適的醇酸物質(zhì)的量比為1.1/1。

2.5 紅外光譜分析

圖5是低光型50:50聚酯樹脂產(chǎn)品的紅外光譜圖。

從圖5可以看出，聚酯樹脂分子中的羧基吸收峰出現(xiàn)在3400cm-1處；在2900 cm-1處出現(xiàn)了高強(qiáng)度的甲基及亞甲基峰吸收峰，說明聚酯樹脂的分子量較大；C=O的伸縮振動(dòng)吸收峰出現(xiàn)在1700cm-1處，這說明通過酯化反應(yīng)已經(jīng)得到了聚酯結(jié)構(gòu)的化合物。

圖5 低光型50/50聚酯樹脂的紅外光譜Fig.5 Infrared Spectra of low light type 50/50 polyester resin

2.6 產(chǎn)品制板測試

將實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行粉末涂料制板實(shí)驗(yàn)，測試所得涂膜性能見表2。

表2 聚酯樹脂的涂膜性能Table 2 Coating performance of polyester resin

從表2可知，本實(shí)驗(yàn)制備的低光型粉末涂料用50/50聚酯樹脂的制板性能優(yōu)良，光澤可以達(dá)到13左右，完全可以用于各類有低光要求的裝飾涂膜領(lǐng)域中。

3 結(jié)論

以新戊二醇、三羥甲基丙烷、二甘醇、對苯二甲酸、癸二酸為主要原料，通過逐步縮聚的方法合成出了戶內(nèi)低光型粉末涂料用50/50聚酯樹脂。在對苯二甲酸與癸二酸的物質(zhì)的量比為55:45；新戊二醇與二甘醇的物質(zhì)的量比為60:40，三羥甲基的用量與總物料質(zhì)量比為1%；醇酸物質(zhì)的量比為1.1:1時(shí)，能夠合成出出酸值為71mgKOH/g、黏度為6200mPa·s的低光型50/50聚酯樹脂，板面光澤可以降低至13，涂膜綜合性能優(yōu)良，能夠用于各類有低光要求的裝飾涂膜領(lǐng)域中。

[1] 劉 宏，單國榮，潘鵬舉.聚酯樹脂粉末涂料的固化行為[J].化工學(xué)報(bào)，2012,63(4)： 1315-1320.

[2] 施奇武,郭 剛,顏家振，等. 耐候型聚酯粉末涂料的研究進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用, 2008, 36(3): 78-82.

[3] 韓俊華,呂 建,徐曉偉, 等.不同固化體系對環(huán)氧粉末涂料性能的影響[J].熱固性樹脂，2011,26(1)：44-47.

[4] 顧宇昕，何 濤，李 勇. 羥烷基酰胺固化型耐候粉末涂料用聚酯樹脂的合成研究[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2013,13(6):22-24.

[5] 鐘江海,何基財(cái),廖列文, 等..純聚酯戶外消光粉末涂料的制備[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2003(1):24-25.

[6] 姜其斌,周立俊,黃 軒.聚酯固化粉末涂料消光樹脂的合成與應(yīng)用[J].合成樹脂及塑料，2003(1):17-19.

[7] 尹正平，劉治猛，楊卓如. 低溫固化粉末涂料用不飽和超支化聚氨酯低聚物的合成[J].化工新型材料，2012,40(4)：142-145.

(本文文獻(xiàn)格式：周 勇，吳澤凱，譚衛(wèi)東.低光型粉末涂料用50/50聚酯樹脂的合成及性能研究[J].山東化工，2017，46(12)：47-49，52.)

Synthesis and Performance of 50/50 Polyester Resin for Low Light Powder Coating

ZhouYong1,WuZekai1,TanWeidong1,HongZhaowu1,WangYonglei2

(1.Huangshan Huizhou Kangjia Chemical Co.,Ltd., Huangshan 245061,China;2.School of Chemistry & Chemical Engineering, Huangshan University, Huangshan 245041, China)

A 50/50 polyester resin for low light powder coating was synthesized using NPG, trimethylolpropane, diethylene glycol, PTA, sebacic acid as main materials by Progressive aggregation method. Under the optimal reaction conditions (molar ratio of PTA to adipic acid, 55:45; molar ratio of NPG to diethylene glycol,60:40; molar ratio of total acid to total alcohol,1.1:1; ),the 50/50 polyester resin with AV=75mgKOH/g, viscosity=6200mPa·s could be obtained. The coating performance is excellent and the gloss can be reduced from 90 degrees to 15 degree. Finally, the polyester resin by characterized by means of IR.

low light;powder coating;polyester resin;synthesis

2017-04-07

周 勇(1975—)，主要從事功能性聚酯樹脂的研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)研究；通信作者：王永壘。

TQ 637

A

1008-021X(2017)12-0047-03