摘 要 : 通過分析影響醇酸樹脂性能的因素 , 確定了制備無苯低毒醇酸樹脂的配方和生產(chǎn)工藝 , 所得的醇酸樹脂用于溶劑型雙組分聚氨酯涂料 , 不僅解決了對人體危害和環(huán)境污染 , 而且提高了涂料的性能。
關(guān)鍵詞 : 醇酸樹脂 ; 無苯低毒 ; 溶劑型雙組分聚氨酯涂料
1 前 言
近幾年來 , 城鎮(zhèn)居民的住房條件有了明顯的改善 , 一眼望去 , 一幢幢商住房如雨后春筍般涌現(xiàn) , 住房面積不斷擴大 , 住房結(jié)構(gòu)日趨多樣化。人們購置了新房后 , 對住房的裝潢越來越考究 , 居住環(huán)境環(huán)保的要求也越來越高。為此 , 我國各行各業(yè)都在抓緊實施制定一些法規(guī) , 逐步限制或禁止有毒有害物質(zhì)的使用。目前 , 家具、木地板、護墻板、吊頂?shù)饶局破返谋砻嫜b飾仍采用雙組分溶劑型聚酯涂料。溶劑型雙組分聚氨酯涂料中的有機溶劑以二甲苯、甲苯為主 , 這些有機溶劑嚴(yán)重破壞人類賴以生存的自然環(huán)境和影響人們的身體健康。為了營造一個良好的生存環(huán)境 , 在水性涂料、無溶劑涂料、粉末涂料、紫外光固化涂料等環(huán)保型涂料還無法一下子替代溶劑型聚氨酯涂料的情況下 , 我們開發(fā)了無苯低毒雙組分溶劑型涂料 , 以適應(yīng)我國目前的涂料市場。
2 實驗部分
2 . 1 原材料的選擇及配方設(shè)計
以二甲苯作稀釋劑合成雙組分聚氨酯涂料用醇酸樹脂 , 各企業(yè)都有一套相當(dāng)完善的配方設(shè)計方案 , 且能根據(jù)市場原材料的變動隨時調(diào)整配方、工藝 , 以達到預(yù)期目的。我們綜合考慮醇酸樹脂在生產(chǎn)、貯存、施工等過程中出現(xiàn)的問題 , 結(jié)合自身多年的合成樹脂經(jīng)驗 , 采用非苯類溶劑作為稀釋劑 , 在規(guī)定的時間、溫度范圍內(nèi) , 合理控制酸價下降、粘度上升的趨勢 , 平穩(wěn)地完成整個合成過程 , 實現(xiàn)醇酸樹脂無苯化。
所用原料的配比如下 :
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原 料 |
質(zhì)量份 |
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合成脂肪酸 |
28 ～ 34 |
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多元醇 a |
18 ～ 24 |
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多元醇 b |
5 ～ 8 |
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多元醇 c |
2 ～ 4 |
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苯 酐 |
28 ～ 35 |
2 .2 生產(chǎn)工藝
按配方量依次將各原料投入反應(yīng)釜 , 通 N 2 , 加熱升溫到 180 ± 2 ℃ , 保溫回流 2 h , 以后每隔 1 h 升 10 ℃ , 最高酯化溫度不可超過 210 ℃ 。待各項指標(biāo)合格后 , 兌稀 , 過濾 , 包裝 , 備用。
2 .3 技術(shù)指標(biāo)
技術(shù)指標(biāo)
3 結(jié)果與討論
3 .1 溶劑的影響
溶劑對涂膜的光澤、流平性、附著力、干性、刷涂性影響很大。目前 , 能用于雙組分溶劑型聚氨酯涂料的溶劑是苯類、酯類、酮類溶劑 , 它們對人體的影響見表 1 。由表 1 可見 , 苯類、酮類溶劑的毒性最大 ; 酯類溶劑的毒性最小。酮類溶劑本身氣味極大 , 且價格高 , 沸點高 , 目前在聚氨酯涂料中用得很少。
表 1 常用溶劑對人體的影響
常用溶劑對人體的影響
在選擇兌稀溶劑時主要考慮三方面的特性 : 第一 是溶劑的毒性。溶劑的毒性直接關(guān)系到涂料產(chǎn)品是 否符合環(huán)保要求。開發(fā)既能適應(yīng)我國目前的涂料市 場 , 又能降低涂料毒性的溶劑型聚氨酯涂料 , 首先應(yīng)解決醇酸樹脂的無苯化。第二是溶劑的揮發(fā)速率。 各溶劑的揮發(fā)速率快慢關(guān)系到涂料施工后溶劑的整 體揮發(fā)梯度 , 不僅影響涂膜的干燥速度 , 而且影響涂 膜的流平性、光澤等性能。因此 , 任何配方中的混合 溶劑在成膜過程中必須有一個合理的揮發(fā)梯度 , 既不 能太快又不能太慢。二甲苯的揮發(fā)速率比較適中 , 如 果體系中不采用二甲苯溶劑 , 可根據(jù)表 2 中部分溶劑 的揮發(fā)速率 , 調(diào)整混合溶劑的配比 , 以保證施工時有 一個合理的揮發(fā)度。第三是溶劑的溶解性。盡管苯、 酯、酮類溶劑對醇酸樹脂都是強溶劑 , 但各自的溶解 力又有很大的差別。實驗表明 : 如果用二甲苯稀釋的 醇酸樹脂粘度 ( 格氏管 ) 為 10 ～ 20 s , 而用醋酸丁酯稀 釋的粘度只有 2 ～ 3 s , 采用該樹脂溶液配制的清漆、 色漆粘度極低 , 在貯存時極易產(chǎn)生沉淀 , 施工時又會 產(chǎn)生飛濺、流掛、表面桔皮等弊病。
表 2 部分溶劑的揮發(fā)速率
部分溶劑的揮發(fā)速率
另外 , 我們在設(shè)計醇酸樹脂時 , 決不能忽略回流 用溶劑 , 選擇時需考慮以下問題 : 第一 , 其沸點應(yīng)比醇 酸樹脂反應(yīng)溫度高 10 ～ 20 ℃ 。溫度太高 , 在指定回 流溫度下無法回流 ; 溫度太低 , 達不到酯化溫度。第 二 , 對酯化反應(yīng)無不良影響。醇和酸的反應(yīng)是可逆反應(yīng) , 回流溶劑的加入要有利于反應(yīng)向生成物方向進 行 , 且不應(yīng)與生成物繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)。
3.2 原材料的選擇針對選用酯類溶劑后會對漆膜產(chǎn)生各類不良影 響的問題 , 我們可以通過合理地選擇合成樹脂所需的 各類原材料和配套的工藝控制來達到預(yù)期目的。由 酯類溶劑產(chǎn)生的缺陷只是體系粘度下降引起的 , 而樹 脂粘度的大小是樹脂分子量大小的一種表征。一般 來說 , 同一結(jié)構(gòu)的高分子化合物 , 分子量高的 , 其粘度 也高。 同一分子量、不同結(jié)構(gòu)的樹脂 , 網(wǎng)狀體型結(jié)構(gòu)比 直鏈型結(jié)構(gòu)的粘度要高 , 因此只要合理地提高樹脂的 分子量或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的比例 , 就能制得網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的醇酸 樹脂 , 以提高樹脂的粘度。目前 , 聚氨酯涂料體系用 醇酸樹脂主要由以下幾類原料組成 : 蓖麻油、脂肪酸類 ; 多元酸類 ( 苯酐、偏苯三酸酐、 間苯二甲酸、順丁烯二酸酐等 ) ; 多元醇類 ( 乙二醇、丙 三醇、丙二醇、三羥甲基丙烷、新戊二醇、季戊四醇 等 ) ; 一元酸 ( 松香酸、苯甲酸等 ) 。
醇酸樹脂最終分子量的大小、結(jié)構(gòu)完全決定于參與反應(yīng)的醇和酸的組成和結(jié)構(gòu)。一般來說 , 一元醇和 一元酸反應(yīng)生成小分子化合物 ; 二元酸和二元醇反應(yīng) 生成直鏈化合物 ; 原材料中含有三官能團時 , 生成的 化合物就含有支鏈結(jié)構(gòu) ; 含有四官能團時 , 生成的化 合物就為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此 , 可通過優(yōu)化配方中不同官 能團物料的摩爾比 , 增加含三、四官能團物料的比例 , 以達到高粘度、低酸價的目的。有時為了反應(yīng)的平穩(wěn) 性 , 可以適當(dāng)添加一元酸。
3 .3 工藝控制
加料順序?qū)渲男阅苡泻艽蟮挠绊?。采用蓖麻油、脂肪酸合成醇酸樹脂時 , 分步法所得的樹脂粘度高 , 色澤淺 , 干燥快 , 但在實際操作中 , 分步法給生產(chǎn)帶來不便 , 因此 , 在生產(chǎn)時采用一步法投料。
生產(chǎn)時選擇合適的酯化溫度是十分必要的。酯化溫度低 , 延長反應(yīng)時間 , 增加生產(chǎn)費用 ; 酯化溫度高 , 雖然能縮短反應(yīng)時間 , 但樹脂的顏色會加深 , 損耗大量揮發(fā)性物質(zhì) , 影響產(chǎn)品性能。為了防止反應(yīng)過于激烈 , 酯化溫度需有一個從低到高的過程 , 酯化前期控制較低的反應(yīng)溫度 , 使反應(yīng)活性高的 — COOH 與 — OH 先反應(yīng)。然后緩慢升溫 , 使其余的羥基與羧基逐步反應(yīng) , 以防由于初期出水量過多而產(chǎn)生溢鍋。
3 .4 原料純度的影響
合成醇酸樹脂的各種原材料的規(guī)格和產(chǎn)地不同 , 其純度也不同 , 對樹脂的合成過程及性能有很大影響。在其他條件相同的情況下 , 對比了不同季戊四醇對合成樹脂的影響 , 見表 3 。由表 3 可見 : 在合成過程中 , 配方 1 粘度上升趨勢和酸價下降趨勢呈平穩(wěn)狀態(tài) , 達到預(yù)期目的 ; 配方 2 酯化 3 h 時就結(jié)膠 ; 配方 3 酯化 4 h 時開始結(jié)膠。
表 3 羥基含量不同的季戊四醇對合成樹脂的影響
羥基含量不同的季戊四醇對合成樹脂的影響
4 結(jié) 語
(1) 低毒羥基醇酸樹脂的研制成功 , 不僅解決了二甲苯、甲苯、苯長期以來對環(huán)境和人體的危害問題 , 而且提高了最終漆膜的干性、硬度和耐化學(xué)品性。
(2) 采用該樹脂可以配制成具有優(yōu)異性能的各類透明底漆 , 廣泛應(yīng)用于賓館、酒店等場所的表面涂飾 , 以及家具、木器、工藝品等的涂飾。
