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卷材涂料用聚酯樹脂與涂料性能的關系

時間:2005-06-27

關鍵詞:卷材涂料聚酯樹脂涂料性能關系來源：無錫阿科力化工有限公司朱軼誼,周筱禎

一、卷材涂料配套涂層

底漆、背面漆、面漆

二、卷材涂料品種

聚酯型、環氧型、丙烯酸型、硅改性型、氟碳型、塑溶膠型

三、卷材涂料品種及樹脂體系

涂料品種	基料樹脂類別	固化樹脂	特性
面漆	聚酯樹脂	氨基樹脂	綜合性能比較優良，涂膜的硬度及其他性能可在很大范圍內變化和調節，涂膜不易變色，具有良好的加工成型性
		封閉型脂肪族聚氨酯
背面漆	聚酯樹脂	氨基樹脂	通用性好，但與發泡塑料結合力差
		封閉型芳香族聚氨酯樹脂
	環氧樹脂	氨基樹脂	附著力、防腐蝕性均好，但柔韌性差
		封閉型芳香族聚氨酯樹脂
	環氧樹脂聚酯樹脂	氨基樹脂	能克服柔韌性差的缺點，與發泡塑料結合性好，因此綜合性能比較好
		封閉型芳香族聚氨酯樹脂
底漆	環氧樹脂	氨基樹脂	對金屬附著力好，并有優良的防腐蝕性和抗化學性，但柔韌性差
		封閉型芳香族聚氨酯樹脂
	聚酯樹脂	氨基樹脂	通用性好，對金屬附著力好，柔韌性好，適用于所有基材，但對濕熱條件敏感
		封閉型芳香族聚氨酯樹脂
	環氧樹脂聚酯樹脂	氨基樹脂	兼有上述兩者的特點
		封閉型芳香族聚氨酯樹脂

四、聚酯型卷材涂料的特性

1、通用性很強（適用于多種板材，可用于室內外涂裝）

2、優良的附著性和加工性，通過單體的調整，涂膜可獲得堅硬到柔韌的性能

3、與多種合成樹脂互溶(氨基、聚氨酯、環氧)

4、通過選用單體(多元醇、多元酸)，可控制最終產品的結構(支鏈或直鏈)

5、稀釋溶劑通用性廣，可采用普通的芳烴類、酯或醇醚類

6、綜合性能優越(適應底漆、背面漆和面漆的應用)

7、成本價格適中，易被用戶接受

五、卷材涂料用聚酯樹脂的技術參數

分子量及分子量分布 2000～7000

線型高分子量可達20000

玻璃化溫度 -20～60℃

羥基 20～60mgKOH/g

酸價 2～8 mgKOH/g

固體份含量 50～60％

六、聚酯樹脂分子結構特性

1、分子量和分子量分布

（1）樹脂的反應過程特點

樹脂反應屬縮聚過程，是逐步反應過程，從單體分子相互作用生成縮合物，縮合物再與其他單體分子作用，同時縮合物之間也可以相互作用，所以反應得到的高聚物(即樹脂)的分子量大小不一，再加之反應過程中的隨機性，使生成物的分子量也是不可能整齊劃一，產物必然是各種分子量的混合物。

（2）樹脂分子量的特性

樹脂分子量不可能確定一個確切的分子量，它可能是10000，也是可能是只有1000，大部分是處于兩者之間，就是說由不同分子量的大分子的混合物所組成，樹脂分子量是影響樹脂溶液的粘度，同時也影響涂膜的性能，一般分子量越大，粘度也越大，從涂膜性能觀點，低分子部分是不希望的，而高分子部分不相稱的增加，也是不希望的。

（3）樹脂的平均分子量

樹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，如平均分子量為10000的樹脂，它可以由分子量為9500和10500之間的各種大小相差不大的樹脂分子組成，也可能由分子量從1000到10000間的大小，相差十分懸殊的樹脂分子組成，前者稱為窄分子量分布，后者稱為寬分子量分布。

（4）樹脂的分子量分布

樹脂的分子量有多種不同形式表示。其中主要有重均分子量(Mw)和數均分子量(Mn), Mw/ Mn廣泛地用作分布寬度的指數，Mw/ Mn 值愈大，分子量分布愈寬，其值愈小，分子量愈窄。所謂數均分子量即聚合物總重量除以高分子的總數所得到的分子量，所謂重均分子量是按照重量分布統計的平均分子量，只有在分子均一的情況下Mw與Mn才能相等。

（5）樹脂分子量和分子量分布特性

樹脂的分子量和分子量分布對樹脂性能的影響，直接影響到涂料配方的設計和涂膜的性能，從涂料固體分來說，最好使用低分子量的樹脂，因分子量愈小，粘度愈低，但對機械性能和耐久性來說，則要求用分子量高的樹脂，這兩者是互相矛盾的，在設計配方法時需要作一平衡，但是樹脂分子量大到某一程度時性能變化不會太大。

（6）樹脂分子量分布的寬窄的影響

分子量分布往往以Mw/ Mn的值表示，理想的值為1.7～2.1左右，同一平均分子量的情況下，分子量分布對樹脂性能影響非常大，如分子量分布太寬，往往就不能獲得理想的涂膜性能，因此樹脂分子量分布寬度對涂料性能起重要影響，往往是達到涂料令人滿意的性能關鍵。

2、樹脂玻璃化溫度

（1）樹脂數均分子量增加，當達到高值時，Tg變化很小，基本恒定。

（2）樹脂分子量分布寬時，Tg偏低；分布窄，Tg增高。

（3）樹脂分布結構中主鏈越柔順，Tg越低；主鏈越僵硬，Tg越高。

（4）樹脂側鏈上存在苯基組分，可使整個高分子鏈變得剛性而增高Tg，這主要是高分子鏈的旋轉運動有關。

（5）樹脂與固化樹脂交聯后，可以使交聯產物的Tg上升，如交聯不足，對Tg影響不大，但交聯固化到某一程度后，Tg就急速上升。

3、樹脂的結晶性

從制造涂料的觀點來說明，具有明顯結晶傾向的高聚物，作為成膜物，一般是不合適的，因為：

（1）樹脂會失去透明性，樹脂溶液中同時存在結晶區和非結晶區，不同區域的折射率不同，樹脂發濁，透明度差變，有時往往會造成涂膜光澤的下降。

（2）結晶作用會使樹脂不溶于一般溶劑，只有極性強的溶劑，才能使樹脂溶解，在某些情況下，甚至強極性溶劑也是無效。

（3）結晶作用會使樹脂的軟化溫度提高，這一性質對烘烤型涂料來說，能使涂料容易流平，而不易流掛。

由此可見，為了使合成樹脂適用于涂料，必須使樹脂減少結晶傾向，防止樹脂會形成結晶，影響涂料性能。由于不少單體本身是結晶固體，所以在設計配方時要注意選擇和相互搭配。

4、關于樹脂羥基含量

樹脂羥基含量越高，說明涂料形成后，它的交聯密度越大，對漆膜的硬度保光性和耐溶劑性有利，在設計樹脂配方時線型樹脂宜將樹脂分子量做得大些，羥基含量相對低一些，使涂膜交聯度減少，對涂膜的柔韌性有好處，但支鏈型樹脂分子量一般比線型樹脂小，羥基含量相對高些，使涂膜有較高的交聯密度，對涂膜的硬度、耐溶劑性有利。

七、聚酯樹脂技術參數對涂膜性能的變化

1、分子量

差	低柔韌性高	好
低	硬度	高
差	耐溶劑性	好
差	抗劃傷性	好
差	耐鹽霧性	好
好	流平性	差

2、玻璃化溫度

好	低柔韌性高	差
低	硬度	高
差	抗劃傷性	好
差	耐鹽霧性	好

3、羥值

低	低抗劃傷性高	高
低	硬度	高
好	柔韌性	差
差	耐鹽霧性	好

八、聚酯樹脂與其他合成樹脂的搭配

1、與氨基樹脂搭配

類別		搭配目的及用途	反應基團	固化條件	特性
甲醚化	全甲醚化（氰特公司303 首諾公司747）	用作固化樹脂，可單獨采用作卷材面漆及背面漆	-NCH₂OCH₃ CH₂OCH₃	需添加強酸催化劑	提供很好的穩定性極佳的柔韌性
甲醚化	部分甲醚化（氰特公司325 首諾公司717）	用作固化樹脂，可與全甲醚化樹脂拼用作卷材面漆及背面漆	-NCH₂OCH₃H	無或少量酸性催化劑	提供高硬度，固化速度加快，耐候性好

2、與環氧樹脂搭配

類別	搭配目的	適宜品種	特性
高分子環氧樹脂型號1009（殼牌）	提高涂層的附著力及防腐蝕性	背面漆底漆	優良的防腐蝕性及硬度
環氧改性聚酯樹脂型號Z-309（無錫阿科力化工有限公司）	提高涂層的附著力及防腐性的基礎上可改善涂層的柔韌性	背面漆底漆	綜合性能好，使用方便

3、與聚氨酯樹脂搭配

類別	搭配目的	適宜品種	特性
封閉型芳香族聚氨酯樹脂S-199(無錫阿科力化工有限公司)	作為環氧樹脂和聚酯樹脂的固化樹脂	背面漆底漆	優良的附著力和防腐蝕性
封閉型脂肪族聚氨酯樹脂BC-3175（德國拜爾公司） B-1358A（德國赫斯公司）	作為聚酯樹脂固化劑，也可以采用聚酯樹脂和環氧樹脂合用，與聚氨酯樹脂拼用	面漆背面漆	優良的附著力、防腐蝕性和耐候性

九、聚酯樹脂主要幾種單體的性能

1、多元醇

品名	性能特征
新戊二醇 NPG	優良的耐候性，酯化和固化時反應快速良好的耐水性、耐化學性和抗污染性優良的熱穩定性，淺的樹脂顏色，中等的樹脂粘度高的玻璃化溫度，良好的溶解度
2,2,4-三甲基-1,3戊二醇 TMPD	不對稱結構，低溶液粘度，優良的水解穩定性、耐化學性中等的熱穩定性，低的玻璃化溫度，中等的耐候性
1,4環己烷二甲醇 CHDM	合成非常快，優良的熱穩定性，樹脂色淺非常好的硬度，非常高的玻璃化溫度，中等的溶解度中等的耐候性
羥三乙酰基羥三甲基乙酰化物 HPHP	優良的耐候性，酯化反應快速，優良的水解穩定性，優良的耐化學性和抗蝕性，很好的柔韌性
2-甲基1,3丙二醇 MPD	酯化反應快速，低的樹脂粘度，淺的樹脂顏色產品穩定性好，獨特的非結晶性良好的柔韌性、耐化學性和耐水性
2-丁基-2-乙基1,3丙二醇 BEPD	樹脂溶液粘度低，優良的溶解性非常優良的水解穩定性，酯化反應快速耐化學性和耐腐蝕
1,6己二醇	非常好的柔韌性，提供溶解性，玻璃化溫度下降
三羥甲基丙烷 TMP	很好的溶解度，形成支鏈結構，硬度高，耐化學性能好，耐烘烤性好

2、多元酸

品名	性能特征
鄰苯二甲酸酐 PA	熔點低，能生成閉環內酯存在低分子量樹脂，影響性能提高，特別是耐候性，但溶解性好
間苯二甲酸 IPA	優良的戶外耐外性，但熔點高≥300℃，較難操作，溶解較慢，反應中成環酯的趨勢較小，形成分子量較大，使樹脂硬度高，玻璃化溫度高
對苯二甲酸 TPA	具有很好的熱穩定性，但由于溶解性不好，一般不直接使用而是用它的二甲酯，樹脂柔韌性好，硬度好
偏苯三酸酐 MTA	在樹脂組份中可調整反應官能度，使樹脂形成支鏈型結構，提高涂膜性能(硬度)和反應速度
已二酸 AA	提供柔韌性，溶解性，但抗污染性較差，隨著用量增加，硬度下降，玻璃化溫度下降
1，4已烷二羥酸 1，4CHDA	良好的硬度，伴有一定的柔韌性優良的水解穩定性，中等的溶解度優良的熱穩定性，淺的樹脂顏色

十、聚酯樹脂的分子結構與工藝的要求

樹脂的性能發揮除了設計出一個科學性的配方組分外，還應該有一個合理性的工藝，兩者的結合，才能獲得一個預計的分子結構和分子量分布，這樣才能具備理想的涂膜性能，對于聚酯樹脂來說，它的工藝條件應該是：

1、整個工藝過程應該是在不斷攪拌下進行，其攪拌的速度要達到均勻，上下層充分翻動，創造反應物料有足夠的碰撞機會和沖擊能量。

2、工藝操作中的升溫過程一定要緩慢，切忌急速上升，并做到分階段保溫，使反應按預計要求進行，達到樹脂結構有規則，生產批次之間質量達到穩定。

3、工藝操作步驟，按階段、程序分批投料，使樹脂結構實現理想化，達到樹脂分子量向窄的方向發展，樹脂分子結構按要求結合。

4、整個反應過程，做到封閉嚴密，保證物料配比準確無誤，塔頂溫度切勿超過，而造成物料跑出而失去原有的比例。

5、樹脂的終點指標要嚴格控制，酸價和粘度是觀察樹脂的終點指標的重要項目，是觀察反應深度的尺度，達到指標后一定要經過真空工序，使反應產物內部低分子物盡可能排除，達到樹脂產物更加純凈、分子量分布更加合理。

6、選用原料的純度一定要保持高度純凈，原料純度不足，意味著原料中含有一定量的雜質，雜質的存在，除了加深樹脂顏色外，還可以使樹脂內部存在異構化產物，影響樹脂的性能向優質方向發揮。

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