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水性醇酸树脂的合成及改性研究

杨涛  
【摘要】:随着人们环境保护及能源节约意识的增强,环境友好型水性涂料的应用已是大势所趋。相比于传统的溶剂型涂料,水性涂料大大减少了易挥发性有机化合物(VOCs)的排放,具有安全环保、成本低、施工灵活多变等优点。水性醇酸树脂以可再生的植物油或脂肪酸为主要原料,以水为溶剂,原料易得,价格便宜,漆膜综合性能优异,被广泛应用于各个领域。但是,水性醇酸树脂涂料本身也存在一些缺陷,如漆膜干燥缓慢、硬度低、耐水性及户外耐候性不佳等。因此,水性醇酸树脂涂料的合成及改性研究具有重要的实际意义。 本论文采用溶剂法和醇解法,以亚麻油(L.O.)、三羟甲基丙烷(TMP)、邻苯二甲酸酐(PA)、偏苯三酸酐(TMA)等为主要原料,合成了水性醇酸树脂(WAR)。结果表明:当油度为45~50%,醇超量为7~10%左右,初酸值在7~10mgKOH·g-1,终酸值为55mgKOH·g-1时,树脂的硬度、柔韧性、光泽等性能可达到最佳值。 为了提高水性醇酸树脂的干燥速率、硬度、耐水性及其对PET基材的附着力等性能,本论文对水性醇酸树脂的改性进行了深入研究。 (1)环氧树脂改性水性醇酸树脂的合成研究:在植物油的醇解过程中加入环氧树脂,环氧基团与多元醇反应生成醚醇,最后得到澄清、透明、附着力优异的环氧改性水性醇酸树脂。红外光谱谱图表明环氧基团参与了反应;凝胶渗透色谱(GPC)结果表明环氧改性后的水性醇酸树脂分子量明显增大;马尔文粒径分析仪测得改性后的粒径及分布都有一定程度的增大,这都可以证明环氧树脂成功接入到水性醇酸树脂分子链中。实验还发现:当环氧树脂E-20的用量在6~10%时,树脂稳定性好,且在PET膜上的附着力优良。 (2)TDI改性水性醇酸树脂的合成研究:选用L.O.、TMP、PA为主要原料,采用醇解法合成了端羟基醇酸树脂预聚物,再与甲苯二异氰酸酯(TDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)等原料反应,合成了TDI改性的水性醇酸树脂分散体。探讨了DMPA含量、NCO/OH摩尔比、扩链剂乙二胺(EDA)的用量等因素对分散体的外观、粘度、粒径及涂膜的硬度、柔韧性、光泽等性能的影响。采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)表征了产物的结构,采用热重分析(TG)研究了DMPA含量、NCO/OH摩尔比对涂膜耐热性的影响。结果表明:TDI参与了反应,亲水基团COOH成功引入到树脂分子中;DMPA含量、NCO/OH摩尔比对涂膜耐热性有一定影响,当DMPA%=7%,以及NCO/OH=1.4时,树脂所形成的胶膜的硬度、耐水性、光泽、柔韧性等性能均能达到最佳。 为了制备一种可涂覆于PET薄膜之上的、具有良好附着力和耐溶剂性能的快干型水性醇酸树脂涂料,本论文将自制的环氧改性水性醇酸树脂与氨基树脂复配,得到了综合性能优异的环氧改性水性醇酸氨基烤漆。优化的主要工艺参数及实验条件如下:氨基树脂选用高度甲基醚化的三聚氰胺树脂(HMMM),WAR:HMMM=3:1(质量比),选用H2O:丙二醇甲醚:乙酸乙酯=2:1:2(质量比)的混合溶剂为稀释剂,成膜时烘烤温度控制在160~180℃之间。实验所制得的涂料澄清、透明、稳定性好、180℃烘烤8s可固化、漆膜的硬度可达3H、附着力1级、耐水性好,可以满足实际应用要求。


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