一种高档PU亚光漆用醇酸树脂的开发

一种高档PU 亚光漆用醇酸树脂的开发

牛宗1,卞凤玲1,向苗2,江文俊2
(1.兰州大学化学化工学院,兰州730000;2.佛山市国化化学工业有限公司,广东佛山528300)

1 引言
溶剂型双组分聚氨酯(PU)涂料具有耐磨性强、附着力好、耐化学药品性良好等优点[1],是目前装修漆和家具漆最常用的一个涂料品种。当所选用的PU 漆羟基组分是醇酸树脂时,还兼具了醇酸树脂漆膜丰满、光亮的优点。通过改变树脂配比,可以调节漆膜的性能,得到从极坚硬到极柔软的涂膜,构成了从低端到高端的系列产品,从而满足各方面的需求。因此,PU 涂料广受消费者的青睐。
PU 亚光漆是PU 涂料的一种,要求漆膜消光性能优异,加少量消光粉即可达到要求的光泽,同时漆膜的其它性能不受影响。目前,市场上的亚光漆大多为半亚,光泽为50%~80%。如果要求光泽更低,则需要添加更多的消光粉,这样不仅会导致漆膜的透明性降低,而且由于亚光粉价格昂贵,成本也会相应提高。因此,如何提高羟基组分的消光性能是一个亟待解决的问题。通常情况下,树脂的干性越好,漆膜的消光性能也就越好。可以通过以下几条途径提高树脂的消光性能[2]:①提高树脂的Tg 。树脂的Tg越高,漆膜在干燥过程中溶剂释放得越快,干燥时间越短。通过调节醇酸树脂的原料配比、油度以及提高树脂的相对分子质量都可以达到提高Tg的目的。②提高漆膜的交联密度也可以提高漆膜的干性。③增大固化剂的用量和加入三聚体固化剂都可以缩短漆膜的干燥时间。但是,这不仅会使成本增加,还会产生诸多漆膜弊病。本文通过合成快干的醇酸树脂来提高漆膜的干性,从而达到良好的消光性能。

2 试验部分
2.1 试验原料
邻苯二甲酸酐,博尔德化学有限公司;豆油酸,福建中原隆化工;季戊四醇,湖北宜化;二甘醇,山西太原化工;新戊二醇,BASF;苯甲酸,武汉有机实业;顺丁烯二酸酐,天津中河化工;二甲苯,茂名石化;醋酸乙酯,江门谦信化工;分散剂、流平剂、消泡剂,毕克化学;催干剂,美国GAS。均为工业品。
2.2 树脂的合成方法
2.2.1 常规法
在2 L 四口烧瓶中,按配方量依次加入苯酐、豆油酸、多元醇、苯甲酸、顺酐等,通N2 升温,160 ℃保温1.5 h,以10 ℃/h 升至210 ℃。在210 ℃保温至黏度、酸值合格,降温对稀。
2.2.2 高聚物法
在2 L 四口烧瓶中,按配方量依次加入苯酐、多元醇、苯甲酸、顺酐及豆油酸,通N2升温,160 ℃保温1.5h,以10 ℃/h 升温至190 ℃,保温2 h。降温并按配方量补加多元醇及豆油酸,升温至210 ℃保温,至黏度、酸值合格,降温对稀。
2.3 PU 亚光清漆的配制
PU 亚光清漆生产配方见表1。

2.4 PU 清漆性能测试
按清漆∶固化剂∶ PU 稀释剂=1.0 ∶ 0.5 ∶ 0.8 的比例配漆施工。检测漆膜的相关性能和指标,测试条件:温度为27 ℃、相对湿度为80% 。

3 结果与讨论
合成树脂的分子结构、相对分子质量、Tg等在很大程度上影响着漆膜的干性,而这些方面又受原材料、油度以及合成工艺等多方面因素的影响。本文基于这几方面因素的考虑,设计了多个配方进行树脂合成试验(见表2),并通过不同类型、不同指标醇酸树脂的比较,讨论了影响树脂干性及消光性的因素,并进行树脂的优化选择。

3.1 多元醇的影响
通过对比A 树脂(甘油制品)和B 树脂(季戊四醇制品)的配漆性能比较(见表3),可以发现,采用二元醇和季戊四醇拼用合成的醇酸树脂的消光性能明显优于甘油制品类的。这是由于在甘油类醇酸树脂中,活性高的伯羟基大部分参与了酯化,残留的羟基大部分为活性较低的仲羟基,而采用二元醇和季戊四醇拼用合成的醇酸树脂中残留的是活性高的伯羟基,在同固化剂中NCO 进行交联反应时,伯羟基受到的空间位阻要比仲羟基小得多,并且由于采用了季戊四醇,使得在同固化剂中的NCO 反应时交联点密度更大。因此,涂料干燥成膜时交联速度快,干燥时间短,消光性能好。分别选用乙二醇、二甘醇、丙二醇、新戊二醇与季戊四醇拼用合成了不同的醇酸树脂。对比发现,醇酸树脂消光性能也因所选取二元醇的不同而略有差异。其中新戊二醇性能最为优异,合成的树脂Tg 较高,有利于树脂消光,但价格相对昂贵。二甘醇的价格及性能与乙二醇相近,通常用于调节树脂的软硬。选取了新戊二醇和二甘醇搭配使用,所制备的醇酸树脂综合性能良好,性价比最优。

3.2 油度的影响
油度不仅可以表示醇酸树脂中弱极性结构的含量,还可以表示醇酸树脂中柔性成分的含量。由表3可知,树脂的油度越短,漆膜的干性越好,消光性能也越好。这是因为,油度越短,柔性的脂肪酸含量越低,醇酸树脂的极性越高,Tg越高,在干燥过程中,对溶剂的释放越快,干燥性能也就越好;另一方面,醇酸树脂的油度越短,高分子侧链的空间位阻越小,同固化剂中NCO 进行交联的速度越快,漆膜的干燥时间相应缩短,消光性能也就越好。但是,这并不代表油度越短越好,油度太短不但会使醇酸树脂的黏度太高不易施工,而且由于树脂中刚性成分含量的增加,还会导致漆膜太脆,抗冲击性能差等不良后果[3]。试验表明,油度一般控制在35%左右最合适。

3.3 苯甲酸含量的影响
苯甲酸的相对分子质量小,且带有一个苯环结构,引入到醇酸树脂中不仅可使漆膜快干,光泽好,硬度大,而且耐水性、耐盐雾性、保光性、耐候性等性能也相应提高。在B 系列树脂中,引入了不同含量的苯甲酸,并考查了漆膜消光性能与苯甲酸用量的关系(见图1)。试验结果表明:苯甲酸的引入可以明显改善树脂的干性和硬度,但是,随着苯甲酸用量的增加,漆膜的光泽度越来越高,消光性能变差。因此,对于消光性能要求较高的树脂产品,需尽量避免使用苯甲酸。

3.4 合成工艺的影响
随着涂料工业的发展和技术水平的提高,脂肪酸法生产醇酸树脂越来越受到重视。脂肪酸法具有配方设计灵活性大,质量容易控制,酯化反应时酸值容易下降,制得的漆膜坚硬而且干性好等优点。高聚物法是脂肪酸法的一种,即根据反应官能团活性的不同,采用二步酯化反应,使得整个树脂分子结构排列趋于整齐、稳定,从而改善醇酸树脂的制漆性能[4]。合成工艺对漆膜性能的影响见表4。由表4 可知,采用高聚物法合成的醇酸树脂干性和消光性能都有较大的提高。

4 结语
根据试验,确定了最优的亚光漆用醇酸树脂配方及工艺(见表5)。树脂的相关性能指标见表6。


通过采用高聚物法,选用新戊二醇、二甘醇和季戊四醇合成的醇酸树脂具有快干、易消光、透明性好等特点。用其配制的PU 高档亚光面漆受到用户好评。

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