水溶性丙烯酸醇酸树脂制备及性能研究

摘要

二十世纪六十年代以来，水溶性涂料作为一种以水代替有机溶剂的涂料，以其节省资源、节省能源、制造成本低、施工方便、不污染环境的特点，迅速发展起来。水溶性涂料的发展和应用减少了有机溶剂对人体的危害和易于产生火灾的隐患。醇酸树脂是应用最广的一种合成树脂，具备优良的耐久性、光泽、保光保色性、硬度及柔韧性，用其他合成树脂（如丙烯酸酯、有机硅、环氧、苯乙烯等）改性后，可制成具有各种性能的涂料，在涂料中占有重要地位。
　　 由于水溶性涂料在实际应用的时候还存在一些缺陷，使得其应用领域不够广泛。这些缺陷主要有:(1)水蒸发潜热大，增加漆膜的干燥时间;(2)水的表面张力大，会产生缩孔等问题:(3)较难应用在对水敏感的基材上，限制被涂覆工件的适用范围;(4)在弱碱性水溶液中，酯键会发生水解影响涂料的储存和使用性能，降低漆膜的耐水溶性，缩短漆膜使用寿命。
　　 为了解决醇酸树脂存在的问题，本文以亚麻油为脂肪酸，对季戊四醇和三羟甲基丙烷进行优化复配组合，对树脂进行结构表征，研究水溶性醇酸树脂生成的影响因素，探讨合成水溶性醇酸树脂的有效方法。本文合成丙烯酸改性醇酸树脂，采用三种实验方案，对醇酸树脂进行改性，可使其具有丙烯酸的耐候性、保光保色性强、色浅、耐腐蚀性好等特点，为了更好的合成改性树脂，本文重点讨论影响丙烯酸共聚物的反应温度、转化率、油度的选择、粘度、酸度等因素。对比改性前后的树脂粘度、配比、催化剂、固化剂的选择与用量、中和度等因素对树脂漆性状、产率、固化程度、耐干、耐水、耐久、稳定等性能的影响，使醇酸树脂具有优异的耐久、耐候、耐腐蚀、保光保色、快干、高硬度等优点，扩大了醇酸树脂的应用领域。主要研究内容和结果如下:
　　 (1)采用亚麻油作为脂肪酸合成的水溶性醇酸树脂，固含量为45％，粘度为210mPa·s，提高了树脂的耐水性、耐油性、贮存稳定性;酯化反应中终点酸值控制在40-60mgKOH/g是树脂合成参数的最佳条件，当控制酸值在10-15mgKOH/g之间，控制温度在160-200℃时加偏酐;多元醇采用三羟甲基丙烷与季戊四醇两者比例为4∶1的复配方式，中和剂选用三乙胺，助溶剂选用乙二醇丁醚，合成水溶性醇酸树脂最佳;用亚麻油制备的水溶性醇酸漆，依照国家标准检测，其漆膜的耐水性、耐盐雾性、耐油性均符合标准，且不起泡、不脱落、耐干性优良、贮存稳定性强。
　　 (2)采用丙烯酸对水溶性醇酸树脂进行改性，提高丙烯酸酯共聚物转化率的条件是选取甲基丙烯酸甲酯、α-甲基丙烯酸、丙烯酸为共聚酯的单体，共聚反应温度为78-80℃，引发剂含量百分之一，分两次加入单体混滴，第一份引发剂滴加4h，保温1h，补加剩余引发剂滴加2h，保温4h;用脂肪酸法和单甘油酯法获得的改性树脂，前者的耐干性比后者好;酯化法和共聚法得到的改性树脂，前者的润湿性和溶剂性比后者更好;改性树脂的酯化过程中最佳条件为反应温度控制在220℃，采用脂肪酸法反应4h，待其终点酸值为20mgKOH/g时加入TMP进行二次酯化反应;选用干性油—亚麻油制备的基础性醇酸树脂，油度的量控制在50％，用丙烯酸改性，合成具有更好保光保色性、耐久性、性状稳定的改性树脂;用菜籽油不能合成理想的改性树脂。
　　 (3)以(1)和(2)合成的树脂为原料，按制漆配方制备基础性水溶性醇酸漆和改性树脂漆，通过研究改性前后树脂固含量、助溶剂、稀释剂等方面研究变量因素对树脂粘度变化影响，提高树脂漆的流平性，基础性漆的最佳条件为固含量45％，粘度210mPa·s，水为稀释剂，配合加入总量50％的助溶剂乙二醇单丁醚，催化剂用量在0.4-0.6g之间，中和度为65-75％;改性漆的稀释剂选取及助溶剂的用量与未改性前一致，其最佳条件为固含量50％，粘度1090mPa·s，丙烯酸共聚物用量为20％时，产率达到90％，催化剂用量2.5g，固化剂0.6g，中和度为60-70％;详细比较改性前后树脂漆的性能，改性后兼具丙烯酸树脂和醇酸树脂的特点，耐水性≥168h比未改性的≥120h显著增强，耐干性也由23h缩短到9h，保光保色性、相容性、润湿性、耐酸耐碱性、耐溶剂性方面都有显著提高，大大降低了挥发性有机物(VOC)的含量。

目录

摘要

1 绪论

1．1 水溶性涂料概述

1．1．1 水溶性涂料特点

1．1．2 水溶性涂料分类

1．2 水溶性醇酸树脂概述

1．2．1 水溶性醇酸树脂的特点

1．2．2 水溶性醇酸树脂应用领域

1．2．3 水溶性醇酸树脂研究进展

1．3 醇酸树脂制备机理

1．3．1 醇化反应机理

1．3．2 醇解反应机理

1．3．3 酯交换反应机理

1．3．4 醚化反应机理

1．3．5 加成反应机理

1．3．6 醇酸树脂水性化制备机理

1．3．7 醇酸树脂固化机理

1．4 技术依据

1．4．1 酸值测试方法

1．4．2 FTIR测试方法

1．4．3 涂膜板制备方法

1．4．4 涂料固体含量测定法

1．4．5 油度的计算

1．4．6 耐水性、耐油性测试

1．4．7 耐盐雾性测试

1．4．8 耐酸性、耐碱性测试

1．4．9 贮存稳定性测试

1．5 研究目的、意义及内容

2 水溶性醇酸树脂制备

2．1 前言

2．2 试剂与仪器

2．2．1 试剂

2．2．2 仪器

2．3 亚麻油制备水溶性醇酸树脂配方与制备方法

2．3．1 配方

2．3．2 制备方法

2．4 结构表征与性能测试

2．4．1 结构表征

2．4．2 漆膜一般性能测试

2．5 结果与讨论

2．5．1 反应温度、酸度对树脂反应程度的影响

2．5．2 多元醇、中和剂、助溶剂对树脂性能的影响

2．5．3 红外光谱分析水溶性醇酸树脂

2．5．4 水溶性醇酸树脂漆性能检测

2．6 结论

3 水溶性丙烯酸醇酸树脂合成

3．1 前言

3．2 试剂与仪器

3．2．1 试剂

3．2．2 仪器

3．3 水溶性丙稀酸醇酸树脂制备方法

3．3．1 方法1——丙烯酸改性醇酸树脂制备

3．3．2 方法2——水溶性丙烯酸醇酸树脂制备

3．4 结果与讨论

3．4．1 丙烯酸共聚物转化率的影响因素

3．4．2 丙烯酸改性醇酸树脂的不同方法对树脂性能影响

3．4．3 酯化反应温度和酸度对树脂反应程度的影响

3．4．4 脂肪酸种类的选择

3．4．5 油度的量对改性树脂的影响

3．5 结论

4 水溶性漆的制备及其性能对比

4．1 前言

4．2 试剂与仪器

4．2．1 试剂

4．2．2 仪器

4．3 水溶性醇酸漆制备

4．3．1 水溶性醇酸漆配方

4．3．2 水溶性醇酸漆制备方法

4．4 水溶性丙烯酸醇酸树脂漆制备

4．4．1 树脂漆配方

4．4．2 水溶性丙烯酸醇酸树脂合成

4．5 结果与讨论

4．5．1 树脂粘度对树脂漆的影响

4．5．2 丙烯酸共聚物与醇酸树脂配比对树脂漆的影响

4．5．3 催化剂的选择对于漆膜性能的影响

4．5．4 固化剂的选择及用量的影响

4．5．5 中和度对制漆稳定性影响

4．5．6 改性前后产品性能指标对比

4．6 结论

5 总结

5．1 主要结论

5．2 创新点

5．3 后期工作

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

声明