水性醇酸树脂的合成及影响因素研究进展

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 ̄DgESION {|I l I综述 收稿日期:2016—12—17 作者简介:孙红光(1992一),男,硕士,研究方向:高分子化学与物理。E-mail:1193962731@qq.com。 通讯联系人:艾照全(1957一),男,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为乳液聚合。E-mail:aiz—q@sohu.com。 

水性醇酸树脂的合成及影响因素研究进展 孙红光,何漫,万凯,张婉容,艾照全 (有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学化工学院,湖北武汉430062) 

摘耍:综述了水性醇酸树脂的制备方法和应用。介绍了油、单体、乳化剂、中和剂、助溶 剂、醇的种类及其用量、酸值、油度、不同反应温度对水性醇酸树脂性能的影响,并对其应用 前景进行了展望。 关键词:醇酸树脂;乳化法;影响因素 

中圈分类号:TQ322.4 4 文献标识码:A 文章编号:1001—5922(2017)05-0060-04 

水性醇酸树脂是由醇酸树脂水性化得到 的一种树脂,具有耐腐蚀性、耐候性和快干 性等,又同时具有一定柔韧性和较好的抗冲 击性能,可广泛用作涂料和胶粘剂 。由于 引入了亲水基团,因而其耐水性比传统溶剂 型醇酸树脂略差;由于水性醇酸树脂含有大 量可进一步常温反应的双键,使交联度增 加,所以其耐水性比丙烯酸酯类聚合物乳液 的耐水性好。Dhoke S K等H 以二甲基乙醇胺 (DMEA)为中间介质,氨基树脂(HMMM)作 为交联剂,以醇酸树脂为基本原料制备了性 能良好的水性防腐性涂料。与其他涂料相 比,水性醇酸树脂涂料还具有兼容性、保光 性和耐水性 ,降低了火灾事故的发生率, 并且较容易用水稀释和清洗…。 随着社会的不断发展,环保问题越来越 受到人们的重视,化工企业排放的物质也对 环境污染造成一定的影响,因而研制挥发性 有机物(VOC) 含量低的水性醇酸树脂己成 为重要的发展方向。本文对醇酸树脂的水性 化研究进展进行了较全面的综述。 1水性醇酸树脂的合成工艺 最早的水分散型醇酸树脂是由英国公司 提出的,合成水性醇酸树脂的关键在于将 醇酸树脂水性化。将油溶性树脂转变为水溶 性树脂,一般采用在高分子化合物的结构上 引入亲水性极性基团的化学方法,进而获得 水溶性树脂。根据是否添加表面活性剂将制 备方法分为外乳法和内乳法。 1.1内乳法 内乳法是不添加表面活性剂达到树脂分 散于水中的目的,即达到水性化。根据乳化 方法可分为3种。 1.1.1成盐法 该方法首先选择一种溶剂作为共溶剂, 在共溶剂里通过聚合反应,在醇酸树脂中引 入一定量的强亲水基团,然后用酸或碱中和 成盐,加水稀释。成盐法属于最常用的一种 方法,应用比较广泛。闫福安等 将六氢苯 酐、间苯二甲酸、亚麻酸、水性单体及三羟 甲基丙烷通过聚合反应合成水性自干醇酸树 脂,并分析了温度、油度、催干剂对实验的 影响;赵超 以亚麻油脂肪酸、三羟甲基丙 烷、苯酐、偏苯三酸酐和顺酐为原料采用成 盐法合成水性醇酸树脂,通过实验分析当苯 酐:偏苯三酸酐:顺酐=1:0.1 25:0.1 67 (物质的量比)时,水性醇酸树脂的综合性 能良好。 1.1.2非离子基团法 该方法将适量亲水性的非离子基团(不 带电的中性基团)引入到分子链上,然后加 水达到亲水性。shui x等 以氯化铵、甲基 丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和醇酸树脂为反应 单体,在合成的聚合物上引入非离子基团单 体N一羟甲基丙烯酰胺(HAM)和阳离子单体 DMC,最终得到水性丙烯酸醇酸树脂乳液。通 过这种方法得到的涂料化学稳定性更加优 越。 1.1.3两性离子中间体法 该方法通过在醇酸树脂分子链上引入两 性离子中间体,实现增加醇酸树脂亲水性。 这种方法相对其他方法还不成熟,需要进一 

・060 ・ 步研究。wi cks Z w等n。 以乙烯基偏苯三酸酐 和丙烯酸丁酯为原料合成一种聚合物,然后 再与2一氨基一2一甲基一卜丙醇反应,制得水性 两性离子聚合物。 1.2外乳法 外乳法是通过外加表面活性剂,从而使 传统的醇酸树脂分散于水中,达到水性化的 目的。最常见的是转相乳化法,即将油包水 乳液转相成水包油乳液。赵其中等n 通过乳 液转相法,将乳化剂与树脂均匀混合,然后 滴加水得到油加水乳液,提高了油的含量之 后,在进行相反转从而制得水包油乳液。郑 常杏等 引采用相反转法制备了水性醇酸树 脂,所得水性醇酸树脂较易进行水性化,贮 存稳定性及钙离子稳定性好。E1rebi i M等 “ 在水性醇酸树脂的合成设计最优化试验 中就用了乳化相转化的方法。 与内乳化法相比,外乳法容易操作,乳 化剂用量低,缺点是产物稳定性差,无法广 泛投入应用。同时,外乳法通常还需采用剪 切分散力更强的设备,目前工业上主要采用 的是内乳法。由于合成方法的多样性,水性 醇酸树脂也有很多独特的性能。 2合成水性醇酸树脂的主要影响因素 除了合成方法会影响水性醇酸树脂的结 构和性能外,原料的种类和用量配比、反应 温度、油度、酸值、醇和酸的选择、中和剂 和助溶剂的选择、搅拌速度、乳化剂等因素 对水性醇酸树脂结构和性能也产生了一定影 响 。 2.1原料对水性醇酸树脂性能的影响 脂肪酸中蓖麻油、氢化蓖麻油水溶性最 好,椰子油次之,脱水蓖麻油、豆油、亚麻 油较差。蓖麻油制备醇酸树脂水溶性好,但 其分子中不含双键,不能自动氧化聚合,干 率差。而亚麻油虽然含有双键,干率也快, 但是蓖麻油性价比较高。 Huang Q等 通过设计实验、回归分析, 对所选变量的影响进行评价,最终找到合成 水性醇酸树脂的最佳条件:脂肪酸含量30%, 羟基或羧基物质的量比为1.2,多元酸的物质 的量L52.2,产品的干燥时间为43 min。 李运涛等 副以亚麻油为脂肪酸制备水性 醇酸树脂,在三乙胺、消泡剂、分散剂和催 化剂的作用下,研究合成水性醇酸树脂的影 响因素。用红外光谱分析进行结构表征和性 能测试,得出实验结果为:合成温度在160~ 200℃,加偏苯三酸酐时和树脂终点酸值应 该分别在1 0~1 5 mg KOH/g、40~60 mg KOH/g。这种条件下制得的产物黏度和稳定性 较好,是一种理想的反应条件。 2.2油度长短对水性醇酸树脂性能的影响 油度表示脂肪酸与聚酯的比例,醇酸树 脂分子以极性的芳环聚酯为主链,以非极性的 脂肪酸为侧链,油度越短则聚酯比例越高、 水溶性越好,但脂肪酸含量减少,使得脂肪 酸之间的距离变远,干率变差。而且油度的 长短还对官能度和交联密度有影响。 王国建等 引通过成盐法合成短油度水性 醇酸树脂,并考查分析了醇超量、酸值、分 子质量、酸酐的加入量对树脂分散性能的影 响。实验结果表明,醇超量在25%,聚合阶段 和终点酸值分别控制在20 mg KOH/g和55~65 mgKOH/g,酸酐加入量为二元酸摩尔量的1/4 

~1/5时树脂综合性能较好。控制数均分子质 量在2 5O0左右,分子质量分布系数在1 2左 右较好。 2.3亲水单体种类对水性醇酸树脂性能的 影响 周达朗等 刀将亚麻油、邻苯二甲酸酐、 季戊四醇通过溶剂法,合成醇酸树脂,并改 性成水性醇酸树脂。同时研究了油度、醇的 使用量、酯化合成工艺和环氧树脂种类以及 烯酸类单体加入量对水性醇酸树脂性能的影 响。红外光谱分析以及性能测试表明,油度 和醇超量分别为58%和1.07,单体加入量为 23%,水性醇酸树脂固含量和黏度分别为 50%和550 mPa・S,在传统醇酸树脂的基础上 其耐水性、耐油性等得到全面提高。 2.4乳化剂对水性醇酸树脂性能的影响 非离子型乳化剂有增溶的作用,与其他 助剂配对性好;阴离子型乳化剂亲水性强, 化学稳定性较好。单一乳化剂体系增溶作用 弱,形成的界面疏散,较难降低油水界面张 力。与单一体系乳化剂相比,离子型与非离 子型乳化剂复配使用可优劣互补。 郑常杏等 通过相反转法合成水性醇酸 树脂,考查了乳化剂种类对水性醇酸树脂性 能的影响。研究结果表明,乳化剂十二烷基 磺酸钠(SDS)与壬基酚聚氧乙烯醚(TX一 1 0)以质量比36/64复配,所得水性醇酸树 脂水溶性较好。 2.5中和剂对水性醇酸树脂性能的影响 赵超等他们以多元醇、多元酸以及脂肪酸 为主要原料合成水性醇酸树脂,考查中和剂 用量和种类对水性醇酸树脂性能的影响。在 氨水、三乙胺、二甲基乙醇胺中选择二甲基 乙醇胺为中和剂较好,中和剂用量由水性醇 

・061 ・ ADHES10N|‘ A学CAD术EMI论CPA文PER 4综述 肯 l口巴 酸树脂pH值决定,一般在8.0~8.5,这样合 成的水性醇酸树脂稳定性和水溶性较好。 2.6助溶剂对水性醇酸树脂性能的影响 在制备水性醇酸树脂的过程中,助溶剂 可以提高水与树脂的互溶性,调节水性醇酸 树脂的黏度,而且当水性醇酸树脂的亲水性 不足时,加入助溶剂可使其变为溶解性较好 的树脂溶液。 赵超等 以多元醇、多元酸以及脂肪酸 为主要原料合成水性醇酸树脂,研究了助溶 剂对水性醇酸树脂性能的影响。在正丁醇、 三甘醇和乙二醇丁醚3种助溶剂中,以乙二醇 丁醚为助溶剂的醇酸树脂性能较好,可能是 由于乙二醇丁醚溶解性好于其他2者。 2.7酸值对水性醇酸树脂性能的影响 在一定条件下,树脂酸值越低,其水溶 性越差,与醚的混溶性越差。树脂酸值太 高,会造成水性醇酸树脂相对分子质量过 低,耐水性下降。 成海玲等 讨论了树脂酸值、中和剂、 助溶剂对水性醇酸树脂水溶性和涂膜性能的 影响,认为树脂的酸值应控制在40---60 mgKOH/g为宜。 

3展望 醇酸树脂水性化后具有优良的亲水性、 耐腐性和贮存稳定性等特性,对环境污染减 小,起到了一定的环保作用。但目前研发的 成果,还不能完全达到工业化生产要求。与 油性醇酸树脂相比,水性醇酸树脂对普通碳 钢的涂装设备有一定的腐蚀性,需要采用防 腐蚀材料进行保护,或采用不锈钢或其他防 锈设备,设备造价较高,故还需对其性能进 行改进,解决对设备的锈蚀性问题。随着合 成技术的不断改进,水性醇酸树脂型涂料会 更加符合市场需求,将会越走越远。总之, 水性醇酸树脂研发方兴未艾,其应用前景和 市场潜在巨大,必将会引导国内外较多企业 的关注,投入更大的研发力量。 

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