水性饱和聚酯树脂

水性饱和聚酯树脂施宁1一.溶剂型聚酯合成2多元醇与多元酸进行缩聚反应，所生成的聚合物大分子主链上含有许多酯基，这种聚合物我们称之为聚酯。我们常将脂肪酸或油脂改性的聚酯树脂称之为醇酸树脂，而将大分子主链上含有不饱和双键的聚酯称之为不饱和聚酯，其它不含不饱和双键的聚酯称之为饱和聚酯。这三类聚酯型树脂在工业涂料领域发挥了举足轻重的作用。3合成聚酯主要原料：多元酸：间苯二甲酸(IPA)、邻苯二甲酸酐（PA）、对苯二甲酸（TPA）、己二酸（AA）、四氢苯酐（THPA）、葵二酸（SE）、偏苯三酸酐（TMA）、壬二酸（AZA）等。一元酸：桐油酸、亚麻油酸、豆油酸、脱水蓖麻油酸、菜籽油酸等。4合成聚酯主要原料：表1常见多元酸的物化特性单体名称状态分子量熔点/℃特性己二酸固体146.14151.5普适性，柔韧性癸二酸固体202.25131.0～34.5低极性，柔韧性苯酐固体148.12130.5价格低间苯二甲酸固体166.13345～348硬度，耐候性，耐化学性对苯二甲酸固体166.13＞300,升华硬度，耐候性，耐化学性六氢苯酐固体154.1535～36硬度，耐候性，耐水解偏苯三酸酐固体192.13164～167（沸点：240～245）引入分支和多余基1.4环已烷二甲酸固体172.2164～167硬而韧，耐候性，耐水解，活性高，抗变黄顺酐固体98.6含量95%～98%52.6(199.7)通用性能5合成聚酯主要原料：多元醇：乙二醇、新戊二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、丙三醇等。6合成聚酯主要原料：表1常见多元醇的物化特性单体名称状态分子量熔点（沸点）/℃特性乙二醇液体62.07-13.3(197.2)普适，柔韧性二乙二醇液体106.12-8.3(244.5)亲水，柔韧性1.2-丙二本醇液体76.09（188.2）普适2-丁2-乙基-1.3-丙二醇（BEFD）固体160.343耐候性，耐水解1.4-丁二醇液体9020普通1.3-丁二醇液体90.1-77(207.5)溶解性普适性，耐化学品新戊二醇固体104.15124～130（210）耐候性，耐水解己二醇固体11840柔韧三羟甲基丙烷固体134.1257～59耐热，耐水解硬耐韧，耐候性，耐水解1.4-环己烷二甲醇液体144.2143（245）活性高，抗变黄2,2,4-三甲基-13-戊二醇（TMPD）固体146.2246～55（215～235）低黏度，耐候，抗污，不韧性7合成聚酯主要原料：催化剂：二丁基氧化锡、单丁基氧化锡、二丁基二月桂酸锡等。抗氧化剂：二叔丁基酚、三壬苯基亚磷酸酯等。8聚酯合成工艺：醇酸树脂合成工艺：醇解法与脂肪酸法。醇解法：通N2将反应釜内的空气排出，油脂与甘油在催化剂作用下醇解成不完全的脂肪酸甘油酯，醇解完成后，就进行聚酯化反应。先降温到180℃，加入苯酐及二甲苯，在200℃左右进行缩聚合反应，反应完成后用溶剂兑稀，过滤即为成品。醇解法特点：对设备耐腐蚀性要求低，工艺简单，生产成本低。但酸价不易下降及涂膜硬度差。9聚酯合成工艺：醇酸树脂合成工艺：醇解法与脂肪酸法。脂肪酸法：把反应原材料，如多元酸（酐）、多元醇和脂肪酸全部加到反应釜里，在搅拌条件下加温到220~250℃进行酯化反应，达到反应终点后，把反应物用溶剂溶解过滤后即可完成。脂肪酸法特点：配方调整灵活度高及反应速度快，可以通过调整原料的种类及配比生产出不同性能要求的树脂。但不同反应单体之间的反应活性不同；酯键之间的酯交换过程很慢；反应过程酸性过强，对设备耐酸要求高，否则容易腐蚀设备，并且工艺相对复杂，生产成本较高等。10聚酯合成工艺：聚酯树脂合成工艺：溶剂共沸法、本体熔融法、先熔融后共沸法。合成方法的选择：合成线性结构的低分子量聚酯树脂多采用溶剂共沸法与先熔融后共沸法，合成高分子量的聚酯多采用本体熔融法。溶剂共沸法：常用二甲苯与聚酯化反应生成的水发生共沸从而将水带出，另外还可加入一些脱水剂配合油水分离装置将水分离开，而二甲苯可回流到反应釜内循环使用。此反应可在温度（150~220℃）较低条件下进行，最后保温反应至酸值到达指定值时，需抽真空并回收二甲苯，冷却，溶剂稀释，过滤即可得成品。11二.水性饱和聚酯树脂配方示例：水性工业涂料分类图：水性工业涂料分类图图912二.水性饱和聚酯树脂配方示例：水性金属聚酯烤漆：水性金属聚酯烤漆参考配方表4序号涂料成分用量/%1水性饱和聚酯树脂50%402氨基树脂3033.53消泡剂0.24润湿剂0.35流平剂0.56抑泡剂0.17白色浆（70%）40.28水15.29DMEA适量10Total100作业条件：140℃*20~30min，干膜厚度：约20um，材质：马口铁13二.水性饱和聚酯树脂配方示例：水性金属聚酯烤漆性能测试表表5序号测试依据测试结果1细度GB/T6753.120um2附着力GB/T9286》0级3光泽(60°)GB/T9754》904硬度GB/T6739》H5冲击GB/T1732》50cm6耐强溶剂*1KG100次7耐水性GB/T1733》7d14二.水性饱和聚酯树脂配方示例：水性玻璃聚酯烤漆：水性玻璃聚酯烤漆参考配方表6序号涂料成分用量/%1水性饱和聚酯树脂50%402氨基树脂30353消泡剂0.24润湿剂0.35流平剂0.56抑泡剂0.17白色浆（70%）408水8~119玻璃密着剂1~310DMEA适量11Total100作业条件：140~160℃*20~30min，干膜厚度：约20um，材质：玻璃片15二.水性饱和聚酯树脂配方示例：水性玻璃聚酯烤漆性能测试表表7序号测试依据测试结果1细度GB/T6753.120um2附着力GB/T9286》1级3光泽(60°)GB/T9754》904硬度GB/T6739》H5耐水性GB/T1733》7d6耐强溶剂*1KG100次7耐无水乙醇（95%）浸泡》2d16二.水性饱和聚酯树脂配方示例：水性塑胶聚酯漆：水性塑胶聚酯漆参考配方表8序号涂料成分用量/%1水性饱和聚酯树脂37%602DMEA0.1~0.23消泡剂0.24润湿剂0.35流平剂0.56抑泡剂0.17水性色浆308哑粉29水适量10Total100作业条件：60~80℃*20~30min，干膜厚度：约15um，材质：ABS+PC17二.水性饱和聚酯树脂配方示例：水性塑胶聚酯漆性能测试表表9序号测试依据测试结果1附着力GB/T9286》0级2硬度GB/T6739》F3耐无水乙醇*500G50次4耐水性GB/T1733》7d18二.水性饱和聚酯树脂配方示例：水性金属超支化聚酯漆：水性金属超支化聚酯漆参考配方表10序号涂料成分用量/%涂料成分A组分B组分1水性超支化聚酯树脂50%50水性HDI固化剂2DMEA0.1~0.23消泡剂0.34润湿剂0.35流平剂0.56抑泡剂0.17白色浆（70%）428水6.89Total100作业条件：50~80℃*20~30min，干膜厚度：约20um，材质：马口铁，A组分:B组分=6/119二.水性饱和聚酯树脂配方示例：水性金属超支化聚酯漆性能测试表表11序号测试依据测试结果1细度GB/T6753.120um2附着力GB/T9286》1级3光泽(60°)GB/T9754》904硬度GB/T6739》H5冲击GB/T1732》50cm6耐强溶剂*1KG100次7耐水性GB/T1733》7d20三.水性饱和聚酯合成工艺：水性饱和聚酯的合成工艺与溶剂型聚酯基本相同，区别在于水性饱和聚酯树脂常用氨中和剂（如DMEA）中和水性饱和聚酯树脂上的羧基成盐后亲水，为了使树脂具有良好的水溶性，我们一般设计树脂酸值范围在40~60mgKOH/g，这样可使水性饱和聚酯拥有足够的羧基被中和成盐，并拥有良好的水溶性。而水溶性聚酯树脂还可用另一种方式溶于水中：即用带有磺酸盐的多元酸与多元醇反应，磺酸基团也是一种亲水性很强的水性基，所以带有此基团的水性饱和聚酯亦有很好的水溶性。21水性饱和聚酯合成工艺：水性饱和聚酯合成常用原材料：水性饱和聚酯树脂合成使用的多元酸与多元醇基本与溶剂型体系一致。水性单体：二羟甲基丁酸、聚乙二醇、偏苯三酸酐、二羟甲基丙酸。助溶剂：乙二醇丁醚、丙二醇单丁醚等。胺中和剂：DMEA等。22水性饱和聚酯合成工艺：水性醇酸树脂合成工艺图1：水性醇酸合成工艺：水性醇酸树脂一般采用脂肪酸法合成，先将多元酸、多元醇及脂肪酸缩聚成为醇酸树脂，然后再引入一定量的亲水性单体，反应到指定酸值后，可用氨中和剂中和亲水单体上的羧基成盐，让树脂具有水溶性，最后用亲水性助溶剂（如防白水等）及去离子水将树脂稀释到规定固含，即为成品。23水性饱和聚酯合成工艺：水性饱和聚酯树脂合成工艺图2：水性饱和聚酯树脂合成工艺：水性饱和聚酯树脂合成工艺及原理与水性醇酸树脂基本相同。只不过是由饱和的多元酸和多元醇缩聚而成，因主链不具有不饱和的双键，故只能通过树脂里面的羟基与酸酐（如偏苯三酸酐）反应而导入羧基，再加入中和剂进行中和盐反应而溶于水，实际上就是无油水性醇酸树脂。24四.溶剂型聚酯与水性饱和聚酯的区别：相同点：两者均拥有很好的附着力、韧性、高丰满度及高光泽等诸多物化特点。可以说水性饱和聚酯基本保留了溶剂型聚酯的优点，甚至在某些方面比溶剂型聚酯更为突出。特别在烤漆领域，两者还可以使用同样的氨基固化剂如325、303等进行交联反应等，这样给客户提供了很好的选材便利性，减少库存。25四.溶剂型聚酯与水性饱和聚酯的区别：不同点：水性饱和聚酯树脂拥有较高的酸值（如40~60），水性饱和聚酯树脂高酸值是为了让氨中和成盐后具有良好的水溶性，而溶剂型聚酯更多是靠溶剂的强溶解作用均匀分散到体系中。另外由于水性饱和聚酯树脂体系高酸值的影响，水性饱和聚酯树脂可以在不加酸催化剂的情况下也拥有快速的反应速度，而溶剂型聚酯树脂一般都需添加一定量的酸催化剂才能交联到位，所以从反应速度角度来比较，水性饱和聚酯的反应速度比溶剂型聚酯树脂还有快，而且在耐强溶剂等测试项目上，水性饱和聚酯的耐擦拭次数还优于溶剂型聚酯。下面将水性饱和聚酯树脂与溶剂型聚酯树脂详细参数对比归纳，详见表3：26四.溶剂型聚酯与水性饱和聚酯的区别：水性饱和聚酯树脂与溶剂型聚酯树脂参数详细对比表表3序号项目水性饱和聚酯树脂溶剂聚酯树脂1附着力好好2光泽高高3韧性好好4丰满度好好5酸值高低6交联速度快一般7交联密度高一般8耐强溶剂好一般27五.水性饱和聚酯树脂的特点：水性饱和聚酯树脂继承了溶剂聚酯的优点，在工业涂料诸多领域如汽车、卷材、印铁、五金烤漆等发挥了重要的作用。这都是由于聚酯树脂拥有极其优异的韧性及高光泽等特性造就的：（一）附着力：水性饱和聚酯相对于水性丙烯酸树脂拥有更好的附着力，这一特点在要求多涂层领域特别重要。见图3：28五.水性饱和聚酯树脂的特点：水性饱和聚酯漆多道重涂图图329五.水性饱和聚酯树脂的特点：（二）韧性：水性饱和聚酯有优秀的韧性，用其制备的漆膜有很好的耐冲击性，在汽车，机械等领域对此性能非常重视，可有效抵御日常使用过程中的碰击。见图4：30水性饱和聚酯漆正反冲击图图4五.水性饱和聚酯树脂的特点：31五.水性饱和聚酯树脂的特点：（三）光泽与丰满度：水溶性树脂的光泽与丰满度除了受到树脂结构的影响外，还受到“稀释峰”的影响。我们通过对比水溶性树脂最常见的水性丙烯酸体系与水性饱和聚酯体系的稀释峰就可以发现问题，见图5:五.水性饱和聚酯树脂的特点：不同丙烯酸树脂不同稀释条件图图5五.水性饱和聚酯树脂的特点：不同丙烯酸树脂不同稀释条件解析：（1）丙烯酸乳液加水稀释后粘度变化曲线。（2）用叔丁醇做助溶剂所做的水性丙烯酸树脂，分别用水和叔丁醇稀释后的粘度变化曲线。用溶剂叔丁醇稀释的曲线，基本上是线性,呈现牛顿流体的形态。而用水来稀释水性丙烯酸树脂，在稀释的初期阶段，粘度下降速度比用叔丁醇稀释下降得更快。然而，再继续用水稀释后，粘度出现拐点，迅速回升，到达最高值。再更进一步用水稀释，粘度却又非常快速的下降，等到达施工粘度时，往往固含量却又偏低，通常只有20～30%左右，甚至更低，使得