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

差	低柔韧性高	好
低	硬度	高
差	耐溶剂性	好
差	抗划伤性	好
差	耐盐雾性	好
好	流平性	差

2、玻璃化温度

好	低柔韧性高	差
低	硬度	高
差	抗划伤性	好
差	耐盐雾性	好

3、羟值

低	低抗划伤性高	高
低	硬度	高
好	柔韧性	差
差	耐盐雾性	好

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
甲醚化	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
甲醚化	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。

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