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卷材涂料用聚酯树脂与涂料性能的关系

时间:2005-06-27
关键词:卷材 涂料 聚酯 树脂 涂料 性能 关系 来源:无锡阿科力化工有限公司朱轶谊,周筱祯
一、卷材涂料配套涂层

        底  漆、背面漆、面  漆

二、卷材涂料品种

        聚酯型、环氧型、丙烯酸型、硅改性型、氟碳型、塑溶胶型

三、卷材涂料品种及树脂体系
涂料品种
基料树脂类别
固化树脂
特  性
面  漆
聚酯树脂
氨基树脂
综合性能比较优良,涂膜的硬度及其他性能可在很大范围内变化和调节,涂膜不易变色,具有良好的加工成型性
封闭型脂肪族聚氨酯
背面漆
聚酯树脂
氨基树脂
通用性好,但与发泡塑料结合力差
封闭型芳香族聚氨酯树脂
环氧树脂
氨基树脂
附着力、防腐蚀性均好,但柔韧性差
封闭型芳香族聚氨酯树脂
环氧树脂
聚酯树脂
氨基树脂
能克服柔韧性差的缺点,与发泡塑料结合性好,因此综合性能比较好
封闭型芳香族聚氨酯树脂
底  漆
环氧树脂
氨基树脂
对金属附着力好,并有优良的防腐蚀性和抗化学性,但柔韧性差
封闭型芳香族聚氨酯树脂
聚酯树脂
氨基树脂
通用性好,对金属附着力好,柔韧性好,适用于所有基材,但对湿热条件敏感
封闭型芳香族聚氨酯树脂
环氧树脂
聚酯树脂
氨基树脂
兼有上述两者的特点
封闭型芳香族聚氨酯树脂

四、聚酯型卷材涂料的特性

        1、通用性很强(适用于多种板材,可用于室内外涂装)

        2、优良的附着性和加工性,通过单体的调整,涂膜可获得坚硬到柔韧的性能

        3、与多种合成树脂互溶(氨基、聚氨酯、环氧)

        4、通过选用单体(多元醇、多元酸),可控制最终产品的结构(支链或直链)

        5、稀释溶剂通用性广,可采用普通的芳烃类、酯或醇醚类

        6、综合性能优越(适应底漆、背面漆和面漆的应用)

        7、成本价格适中,易被用户接受

五、卷材涂料用聚酯树脂的技术参数
        分子量及分子量分布           2000~7000
        线型高分子量可达20000
        玻璃化温度                   -20~60℃
        羟基                         20~60mgKOH/g
        酸价                         2~8 mgKOH/g
        固体份含量                   50~60%

六、聚酯树脂分子结构特性

        1、分子量和分子量分布

      (1)树脂的反应过程特点

        树脂反应属缩聚过程,是逐步反应过程,从单体分子相互作用生成缩合物,缩合物再与其他单体分子作用,同时缩合物之间也可以相互作用,所以反应得到的高聚物(即树脂)的分子量大小不一,再加之反应过程中的随机性,使生成物的分子量也是不可能整齐划一,产物必然是各种分子量的混合物。

      (2)树脂分子量的特性

        树脂分子量不可能确定一个确切的分子量,它可能是10000,也是可能是只有1000,大部分是处于两者之间,就是说由不同分子量的大分子的混合物所组成,树脂分子量是影响树脂溶液的粘度,同时也影响涂膜的性能,一般分子量越大,粘度也越大,从涂膜性能观点,低分子部分是不希望的,而高分子部分不相称的增加,也是不希望的。

       (3)树脂的平均分子量

        树脂的分子量是以平均分子量的形式,分子量的分布可以相差很大,也可能相差很小,如平均分子量为10000的树脂,它可以由分子量为9500和10500之间的各种大小相差不大的树脂分子组成,也可能由分子量从1000到10000间的大小,相差十分悬殊的树脂分子组成,前者称为窄分子量分布,后者称为宽分子量分布。

       (4)树脂的分子量分布

        树脂的分子量有多种不同形式表示。其中主要有重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn), Mw/ Mn广泛地用作分布宽度的指数,Mw/ Mn 值愈大,分子量分布愈宽,其值愈小,分子量愈窄。所谓数均分子量即聚合物总重量除以高分子的总数所得到的分子量,所谓重均分子量是按照重量分布统计的平均分子量,只有在分子均一的情况下Mw与Mn才能相等。

      (5)树脂分子量和分子量分布特性

        树脂的分子量和分子量分布对树脂性能的影响,直接影响到涂料配方的设计和涂膜的性能,从涂料固体分来说,最好使用低分子量的树脂,因分子量愈小,粘度愈低,但对机械性能和耐久性来说,则要求用分子量高的树脂,这两者是互相矛盾的,在设计配方法时需要作一平衡,但是树脂分子量大到某一程度时性能变化不会太大。

      (6)树脂分子量分布的宽窄的影响

        分子量分布往往以Mw/ Mn的值表示,理想的值为1.7~2.1左右,同一平均分子量的情况下,分子量分布对树脂性能影响非常大,如分子量分布太宽,往往就不能获得理想的涂膜性能,因此树脂分子量分布宽度对涂料性能起重要影响,往往是达到涂料令人满意的性能关键。

        2、树脂玻璃化温度

      (1)树脂数均分子量增加,当达到高值时,Tg变化很小,基本恒定。

      (2)树脂分子量分布宽时,Tg偏低;分布窄,Tg增高。

      (3)树脂分布结构中主链越柔顺,Tg越低;主链越僵硬,Tg越高。

      (4)树脂侧链上存在苯基组分,可使整个高分子链变得刚性而增高Tg,这主要是高分子链的旋转运动有关。

      (5)树脂与固化树脂交联后,可以使交联产物的Tg上升,如交联不足,对Tg影响不大,但交联固化到某一程度后,Tg就急速上升。

        3、树脂的结晶性

        从制造涂料的观点来说明,具有明显结晶倾向的高聚物,作为成膜物,一般是不合适的,因为:

      (1)树脂会失去透明性,树脂溶液中同时存在结晶区和非结晶区,不同区域的折射率不同,树脂发浊,透明度差变,有时往往会造成涂膜光泽的下降。

      (2)结晶作用会使树脂不溶于一般溶剂,只有极性强的溶剂,才能使树脂溶解,在某些情况下,甚至强极性溶剂也是无效。

      (3)结晶作用会使树脂的软化温度提高,这一性质对烘烤型涂料来说,能使涂料容易流平,而不易流挂。

        由此可见,为了使合成树脂适用于涂料,必须使树脂减少结晶倾向,防止树脂会形成结晶,影响涂料性能。
由于不少单体本身是结晶固体,所以在设计配方时要注意选择和相互搭配。

        4、关于树脂羟基含量

        树脂羟基含量越高,说明涂料形成后,它的交联密度越大,对漆膜的硬度保光性和耐溶剂性有利,在设计树脂配方时线型树脂宜将树脂分子量做得大些,羟基含量相对低一些,使涂膜交联度减少,对涂膜的柔韧性有好处,但支链型树脂分子量一般比线型树脂小,羟基含量相对高些,使涂膜有较高的交联密度,对涂膜的硬度、耐溶剂性有利。
七、聚酯树脂技术参数对涂膜性能的变化
        1、         分子量
低                   柔 韧 性                     高
硬    度
耐溶剂性
抗划伤性
耐盐雾性
流 平 性
 
        2、玻璃化温度
低                   柔 韧 性                     高
硬    度
抗划伤性
耐盐雾 性
        3、羟值
低                   抗划伤性                     高
硬    度
柔 韧 性
耐盐雾 性
 
八、聚酯树脂与其他合成树脂的搭配
        1、与氨基树脂搭配
类  别
搭配目的及用途
反应基团
固化条件
特  性
醚化
全甲醚化
(氰特公司303
首诺公司747)
用作固化树脂,可单独采用作卷材面漆及背面漆
-NCH2OCH3
CH2OCH3
需添加
强酸催化剂
提供很好的稳定性
极佳的柔韧性
部分甲醚化
(氰特公司325
首诺公司717)
用作固化树脂,可与全甲醚化树脂拼用作卷材面漆及背面漆
-NCH2OCH3H
无或少量
酸性催化剂
提供高硬度,固化速度加快,耐候性好

        2、与环氧树脂搭配
类  别
搭配目的
适宜品种
特  性
高分子环氧树脂
型号1009(壳牌)
提高涂层的附着力及防腐蚀性
背面漆
底  漆
优良的防腐蚀性及硬度
环氧改性聚酯树脂
型号Z-309(无锡阿科力化工有限公司)
提高涂层的附着力及防腐性的基础上可改善涂层的柔韧性
背面漆
底  漆
综合性能好,使用方便

        3、与聚氨酯树脂搭配
类  别
搭配目的
适宜品种
特  性
封闭型芳香族聚氨酯树脂S-199(无锡阿科力化工有限公司)
作为环氧树脂和聚酯树脂的固化树脂
背面漆
底  漆
优良的附着力和防腐蚀性
封闭型脂肪族聚氨酯树脂BC-3175(德国拜尔公司)
B-1358A(德国赫斯公司)
作为聚酯树脂固化剂,也可以采用聚酯树脂和环氧树脂合用,与聚氨酯树脂拼用
面  漆
背面漆
优良的附着力、防腐蚀性和耐候性

九、聚酯树脂主要几种单体的性能

        1、多元醇
品    名
性能特征
新戊二醇
NPG
优良的耐候性,酯化和固化时反应快速
良好的耐水性、耐化学性和抗污染性
优良的热稳定性,浅的树脂颜色,中等的树脂粘度
高的玻璃化温度,良好的溶解度
2,2,4-三甲基-1,3戊二醇
TMPD
不对称结构,低溶液粘度,优良的水解稳定性、耐化学性
中等的热稳定性,低的玻璃化温度,中等的耐候性
1,4环己烷二甲醇
CHDM
合成非常快,优良的热稳定性,树脂色浅
非常好的硬度,非常高的玻璃化温度,中等的溶解度
中等的耐候性
羟三乙酰基羟三甲基乙酰化物
HPHP
优良的耐候性,酯化反应快速,优良的水解稳定性,优良的耐化学性和抗蚀性,很好的柔韧性
2-甲基1,3丙二醇
MPD
酯化反应快速,低的树脂粘度,浅的树脂颜色
产品稳定性好,独特的非结晶性
良好的柔韧性、耐化学性和耐水性
2-丁基-2-乙基1,3丙二醇
BEPD
树脂溶液粘度低,优良的溶解性
非常优良的水解稳定性,酯化反应快速
耐化学性和耐腐蚀
1,6己二醇
非常好的柔韧性,提供溶解性,玻璃化温度下降
三羟甲基丙烷
TMP
很好的溶解度,形成支链结构,硬度高,耐化学性能好,耐烘烤性好
 
         2、多元酸
品    名
性能特征
邻苯二甲酸酐
PA
熔点低,能生成闭环内酯存在低分子量树脂,影响性能提高,特别是耐候性,但溶解性好
间苯二甲酸
IPA
优良的户外耐外性,但熔点高≥300℃,较难操作,溶解较慢,反应中成环酯的趋势较小,形成分子量较大,使树脂硬度高,玻璃化温度高
对苯二甲酸
TPA
具有很好的热稳定性,但由于溶解性不好,一般不直接使用而是用它的二甲酯,树脂柔韧性好,硬度好
偏苯三酸酐
MTA
在树脂组份中可调整反应官能度,使树脂形成支链型结构,提高涂膜性能(硬度)和反应速度
已二酸
AA
提供柔韧性,溶解性,但抗污染性较差,随着用量增加,硬度下降,玻璃化温度下降
1,4已烷二羟酸
1,4CHDA
良好的硬度,伴有一定的柔韧性
优良的水解稳定性,中等的溶解度
优良的热稳定性,浅的树脂颜色

十、聚酯树脂的分子结构与工艺的要求

        树脂的性能发挥除了设计出一个科学性的配方组分外,还应该有一个合理性的工艺,两者的结合,才能获得一个预计的分子结构和分子量分布,这样才能具备理想的涂膜性能,对于聚酯树脂来说,它的工艺条件应该是:

        1、整个工艺过程应该是在不断搅拌下进行,其搅拌的速度要达到均匀,上下层充分翻动,创造反应物料有足够的碰撞机会和冲击能量。

        2、工艺操作中的升温过程一定要缓慢,切忌急速上升,并做到分阶段保温,使反应按预计要求进行,达到树脂结构有规则,生产批次之间质量达到稳定。

        3、工艺操作步骤,按阶段、程序分批投料,使树脂结构实现理想化,达到树脂分子量向窄的方向发展,树脂分子结构按要求结合。

        4、整个反应过程,做到封闭严密,保证物料配比准确无误,塔顶温度切勿超过,而造成物料跑出而失去原有的比例。

        5、树脂的终点指标要严格控制,酸价和粘度是观察树脂的终点指标的重要项目,是观察反应深度的尺度,达到指标后一定要经过真空工序,使反应产物内部低分子物尽可能排除,达到树脂产物更加纯净、分子量分布更加合理。

        6、选用原料的纯度一定要保持高度纯净,原料纯度不足,意味着原料中含有一定量的杂质,杂质的存在,除了加深树脂颜色外,还可以使树脂内部存在异构化产物,影响树脂的性能向优质方向发挥。