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丙烯酸改性醇酸树脂合成研究
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摘? ? 要? ? 采用单甘油酯法成功合成出表干快、硬度高的自干型丙烯酸改性醇酸树脂,并对影响树脂性能的多种因素进行了探讨。关键词??丙烯酸树脂??改性??醇酸树脂? ? ??醇酸树脂是涂料合成树脂中发展最早、用量最大、用途最广的品种之一,广泛应用于户外大型钢结构及轮船等的装饰与保护[1]。醇酸树脂基本上不依赖于石油产品,具有独一无二的价格优势;醇酸树脂的组分和性能可以在很大范围内调整,仅仅是不同的多元醇和多元酸就能得到性能各异的树脂;醇与酸之间官能度之比的变化可以控制支化度,这些特点无疑使醇酸树脂能够应用于更多的领域。? ? 醇酸树脂由于其低分子量,显示出格外好的成膜性能,从而使涂膜具有非常高的光泽,而且由于其易于施工和与氧气交联使其自干的特性而得到广泛应用。但它们的干燥和固化相当慢,尤其在常温下更是如此;同时,其涂膜的硬度低、耐水性和耐候性较差。为了提高它们的性能,用丙烯酸来对醇酸树脂进行改性早已受到颇多的关注[2~4]。丙烯酸树脂具有色浅、耐候、耐光、耐热,耐腐蚀性好、保色保光性强等特点。采用丙烯酸类对醇酸树脂进行改性,可以使醇酸树脂具有优异的保光保色性、耐候性、耐久性和耐腐蚀性及快干、高硬度等优点,扩宽了醇酸树脂的应用领域,而且成本上升不大。目前,我国也有丙烯酸改性醇酸树脂的研究报道,但快干的丙烯酸改性醇酸自干漆的报道却很少见。因此,开发性能高、施工容易和快干性的丙烯酸醇酸树脂漆很有必要。? ? 本文采用单甘油酯法成功合成了快干的自干型丙烯酸改性醇酸树脂。所谓单甘油酯法,是Solomon[5]等人首先提出来的,即先合成含一定量羧基的相对分子量低的丙烯酸预聚物,然后与单甘油酯反应,再加入二元羧酸进一步酯化而得到的丙烯酸改性醇酸树脂。1 试验部分1.1 丙烯酸改性醇酸树脂的制备? ? 主要原料:双漂豆油、双漂亚油、季戊四醇、氢氧化锂、丙烯酸预聚物(自制)、苯甲酸、邻苯二甲酸酐、200#溶剂及二甲苯,以上原料均为工业品。? ? 制备方法:将一定量的豆油、亚油、季戊四醇和氢氧化锂加入反应瓶内,在240℃条件下进行醇解,醇解结束后降温至180℃,加入苯甲酸、丙烯酸预聚物和二甲苯,逐渐升温至210℃左右,保温酯化至酸值合格,降温至180℃,加入邻苯二甲酸酐,在225℃下保温酯化至酸值和粘度合格,降温至120℃,用200#溶剂兑稀,过滤包装。丙烯酸改性醇酸树脂的性能指标见表1。
表1 丙烯酸改性醇酸树脂的性能指标
项目 性能指标 外观 棕黄色清澈透明液体 颜色(铁钴法) ≤6 粘度/ 0.6~1.0 酸值/ ≤10 固含量/(%) 47~48 1.2 丙烯酸改性醇酸树脂的红外表征? ? 对制备的丙烯酸改性醇酸树脂进行傅立叶红外检测,结果如图1所示。? ? 在谱线中,3527cm-1处出现羟基峰,是醇酸树脂典型的特征峰,该羟基峰较大,说明该树脂的醇超量较大,因此,丙烯酸改性醇酸树脂除了氧化干燥成膜外,还可以与氨基树脂或多异氰酸酯树脂等进行交联成膜,具有多种用途。在3060 cm-1~3007 cm-1出现不同结构的不饱和C=C的特征峰,其中3060 cm-1谱带是由不饱和=C-H的伸缩振动引起的,3007 cm-1是顺式结构的C=C伸缩振动引起的,表明醇酸树脂中引入了植物油的不饱和脂肪酸,双键供醇酸树脂氧化干燥成膜。2925 cm-1、2853 cm-1是烷基的特征峰。在1734 cm-1处有强的羰基吸收峰,1600 cm-1和1491 cm-1处谱带是芳环上C=C振动峰。在1452 cm-1和1266 cm-1处出现酯基的特征谱带。
图1 丙烯酸改性醇酸树脂的红外光谱图
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2 结果与讨论? ? 采用单甘油酯法成功合成了丙烯酸改性醇酸树脂,对影响树脂性能的多种因素进行了探讨。2.1 丙烯酸预聚物分子量大小与分布的影响? ? 丙烯酸预聚物分子量大小与分布的控制是改性醇酸树脂的关键。分子量过大,后续的酯化反应容易凝胶化;分子量太小,则树脂容易快干,但保色保光等漆膜性能达不到要求。丙烯酸预聚物分子量一般控制在3000~3500,使预聚物分子的接枝反应活性基团的官能度趋于设定情况。分子量的分布过宽,说明预聚物中单体的含量较高,在酯化反应过程中会有一定量单体的自聚体产生,这将影响树脂的透明度。2.2 植物油的选择及油度的影响? ? 笔者采用亚油(干性油)与豆油(半干性油)相混合,使合成的树脂具有合适的交联密度。树脂的油度对涂料漆膜性能有着重大影响,树脂油度过长,涂膜表干慢、硬度低,耐久性不好;油度过短,涂膜表干虽快,但由于涂膜固化所需的双键含量较低,漆膜实干较慢,且干后漆膜易发粘。试验表明,适宜的油度为55~60。2.
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