水性有機(jī)硅改性聚酯樹(shù)脂的合成以及應(yīng)用

何麟

摘 要：以Sb2O3為催化劑，通過(guò)熔融法來(lái)實(shí)現(xiàn)端羥基聚酯樹(shù)脂的合成，其中，使用15%、35%、55%的有機(jī)硅中間體進(jìn)行化學(xué)改性，以偏苯三甲酸酐對(duì)有機(jī)硅改性后的聚酯進(jìn)行封端，并以二甲基乙醇胺成鹽來(lái)制備水性有機(jī)硅改性聚酯樹(shù)脂，配以氨基樹(shù)脂進(jìn)行固化后測(cè)評(píng)機(jī)械性能。研究表明，有機(jī)硅含量在30%左右，制得的水性有機(jī)硅改性聚酯樹(shù)脂耐高溫性良好、硬度較強(qiáng)、柔韌性符合標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)的改性聚酯樹(shù)脂的性?xún)r(jià)比最具優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：聚酯樹(shù)脂;有機(jī)硅中間體;化學(xué)改性

Abstract：Hydroxy-terminated polyester resin was synthesized by using Sb2O3 as catalyst through melting method，in which modified with 15%、35%、55% intermediate of organosilicon. Then we terminated the modified polyester resin with TMA ，salified with DMEA，and obtained the waterborne organosilicon-modified polyester resin，which was evaluated mechanical properties by solidified with amino resin. Research indicated that waterborne organosilicon-modified polyester resin has better properties in thermostability，rigidity and flexibility containing about 30% intermediate of organosilicon，which is most dominant in cost performance.

Key words： polyester resin; intermediate of organosilicon; chemical modified

一、化學(xué)作用分析

在通常的情況下，聚酯樹(shù)脂的涂料部分十分光亮并且豐滿，除此之外，還對(duì)金屬物質(zhì)的附著力有著良好的效果，硬度與耐溶劑性能以及在面對(duì)高溫的狀態(tài)下漆膜力學(xué)強(qiáng)度等條件下仍能保持十分優(yōu)良的性能優(yōu)勢(shì)，能夠與多種樹(shù)脂實(shí)現(xiàn)相容，柔韌性與拉伸性能十分顯著。另一方面，有機(jī)硅樹(shù)脂的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：在熱氧化狀態(tài)下能夠保持穩(wěn)定性能，電絕緣與不粘性方面的性能也十分優(yōu)良，尤其是耐候性十分突出，盡管是處于紫外線較強(qiáng)的情況下也不會(huì)很容易出現(xiàn)泛黃的不良現(xiàn)象，但是，純有機(jī)硅樹(shù)脂也有一定的缺陷問(wèn)題，其需要使用高溫進(jìn)行烘干，固化的時(shí)間十分漫長(zhǎng)，在附著力以及耐溶劑方面的性能效果十分不理想，當(dāng)溫度比較高的情況下其漆膜的力學(xué)性能受到嚴(yán)重影響。當(dāng)使用有機(jī)硅樹(shù)脂來(lái)實(shí)現(xiàn)與飽和聚酯樹(shù)脂的化學(xué)改性，則能夠有效地發(fā)揮這兩者之間的性能特征，兩者之間能夠形成兩種性能較為突出的涂膜。筆者使用熔融法對(duì)端羥基聚酯樹(shù)脂進(jìn)行合成試驗(yàn)，通過(guò)道康寧有機(jī)硅的中間體實(shí)施改性工作，使用偏苯三甲酸酐展開(kāi)水性化封端作業(yè)，利用N，N-二甲基乙醇胺成鹽，合成了能夠耐受高溫、硬度較強(qiáng)、柔韌性性能完好的有機(jī)硅化學(xué)改性的水性飽以及聚酯樹(shù)脂。

二、試驗(yàn)環(huán)節(jié)

1.試驗(yàn)儀器與藥品成分介紹。本次試驗(yàn)將使用以下相關(guān)儀器與藥品成分，內(nèi)容如下：精密色差儀hp- 200、恒溫水浴鍋;恒溫干燥箱、hz- d 型水循環(huán)式真空泵、實(shí)驗(yàn)室有機(jī)合成裝置、tc830 涂層測(cè)厚儀、ndj- 1 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)等相關(guān)試驗(yàn)儀器。化學(xué)工業(yè)品包括：99.5%對(duì)苯二甲酸（TPA）、（>99.5% 己二酸（ADA）、（> 99.5%間苯二甲酸（IPA） 、（>99% 新戊二醇（NPG）等工業(yè)品。藥劑包括：二月桂酸二丁基錫（c.p. ）、六甲醇醚化三聚氰胺甲醛樹(shù)脂（hmmm）、Sb2O3（a.r.）、三羥甲基丙烷（TMP）（≥99.0 偏苯三酸酐（TMA）（>99% ，C.P. ）;Z- 6018 有機(jī)硅中間體、（c.p.）N，N-二甲基乙醇胺（DMEA）;乙二醇乙醚醋酸酯（CAC）等試驗(yàn)藥劑。

2.聚酯樹(shù)脂與有機(jī)硅改性的合成要點(diǎn)。在一般的情況下，當(dāng)含有硅羥基的有機(jī)硅中間體在化學(xué)催化劑的作用之下與羥基聚酯的合成出現(xiàn)了縮合化學(xué)反應(yīng)，在進(jìn)行脫水之后就能夠立即實(shí)現(xiàn)有機(jī)硅改性聚酯樹(shù)脂。在這種反應(yīng)背景下，通常都會(huì)出現(xiàn)有機(jī)硅中間體和聚酯之間的羥基存在共縮合反應(yīng)，同時(shí)也有可能出現(xiàn)中間體兩者之間的自縮合反應(yīng)。與此同時(shí)，在這種催化劑二月桂酸二丁基錫的化學(xué)作用之下，用有機(jī)硅中間體中的羥基和聚酯中的羥基等進(jìn)行共縮合反應(yīng)為核心。不同化學(xué)作用下的反應(yīng)式如以下公式可見(jiàn)：

三、試驗(yàn)步驟

1.合成部分。在配有溫度計(jì)、電動(dòng)攪拌器、冷凝管、分水器、蒸餾柱、氮?dú)膺M(jìn)口的四口燒里面，加入間苯二甲酸、三羥甲基丙烷、苯二甲酸、己二酸、新戊二醇、有機(jī)硅中間體以及單體總量分別為0.1%的酯化催化劑Sb2O3和改性催化劑二月桂酸二丁基錫，同時(shí)通入N2 并進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度升至160℃，進(jìn)行保溫操作0.5h，待四口燒內(nèi)部的所有物料溶解并具有流動(dòng)性，然后進(jìn)行攪拌，與此需要注意的是，小部分由于反應(yīng)多生成的水會(huì)直接流出來(lái)，然后繼續(xù)保持升溫直至220℃左右，保溫酯化為3小時(shí)，等待此時(shí)的回收生成水的實(shí)際容量就快要達(dá)到理論的數(shù)值時(shí)，對(duì)這些反應(yīng)物的酸值進(jìn)行取樣然后評(píng)估，當(dāng)酸值直至大概10mmg KOH·g-1的情況下，即為此步驟反應(yīng)終點(diǎn)，得到有機(jī)硅改性聚酯。見(jiàn)下圖。

隨后體系溫度降至130℃，加入TMA進(jìn)行封端，保溫反應(yīng)，對(duì)體系的酸值進(jìn)行取樣然后評(píng)估，當(dāng)酸值直至大概10mmg KOH·g-1的情況下，即為封端步驟反應(yīng)終點(diǎn)。隨后體系溫度降至60℃，加入N，N-二甲基乙醇胺成鹽化后，加入去離子水高速攪拌進(jìn)行相反轉(zhuǎn)，完成水性化，得到水性有機(jī)硅改性聚酯樹(shù)脂。

2.涂膜的耐溫效果。在化學(xué)反映下，漆膜面對(duì)不同的溫度在顏色上會(huì)發(fā)生不同的變化，因此，漆膜的耐溫性能也有一定的差異性，對(duì)已經(jīng)處于固化狀態(tài)的漆膜實(shí)施耐熱效果的試驗(yàn)工作，工序包括：使用180℃進(jìn)行烘干，用時(shí)30min， 其中注意固化的漆膜作為基準(zhǔn)參考，實(shí)施260℃*30min的條件對(duì)其進(jìn)行熱沖擊實(shí)驗(yàn)，使用精密色差儀HP- 200 來(lái)展開(kāi)色差測(cè)定工作，試驗(yàn)結(jié)果如表1所見(jiàn)。

四、結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)有機(jī)硅中間體對(duì)聚酯樹(shù)脂的改性進(jìn)行了探索，該改性聚酯樹(shù)脂的耐熱性、機(jī)械性能較改性前有明顯提高。當(dāng)有機(jī)硅中間體含量在占總單體30%左右時(shí)，涂抹的耐熱性和機(jī)械性能達(dá)到較好的平衡，耐候性穩(wěn)定，性?xún)r(jià)比最優(yōu)。

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