[发明专利]水溶性聚酯树脂及其氨基烤漆的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水溶性聚酯树脂的制备方法，同时，还涉及一种以该水溶性聚酯树脂为基料配制水性聚酯氨基烤漆的制备方法。 

背景技术

据统计，我国涂料涂装行业每年排入大气的有机溶剂有100多万吨，这不仅造成了有机溶剂的大量浪费，同时对环境造成了严重污染。为节约资源和保护环境，人们把目光投向了无污染或低污染的水性涂料。 

聚酯树脂作为一类重要的涂料用树脂，由于其优异的机械性能和耐候性能而在金属防护领域有着广泛的应用。聚酯树脂分子上的羟基和羧基可与氨基树脂分子上的羟甲基、烷氧基在烘烤情况下起缩合反应。将聚酯树脂与氨基树脂按一定比例混合，可制备聚酯氨基烤漆。在烘烤过程中，氨基树脂起交联固化作用，而聚酯树脂起提供缩聚基团和增塑、增加附着力的作用，这样固化的漆膜具有很高的硬度、耐候性和耐化学品性。因此，进行水溶性聚酯树脂的合成及以此水溶性聚酯为基料，制备性能优异的水性聚酯氨基烤漆的研究对于推动水性涂料在金属防护领域的应用具有重要意义。 

水溶性聚酯树脂的制备方法较多，目前主要有两种方法：（一）羧基成盐：即在聚酯树脂中引入或保留一定量的羧基，以羧基作为亲水基团，用有机胺中和成盐而获得水溶性。中国专利CN 101503510 A、CN 102863878 A就是通过该方法来制备水溶性聚酯树脂。目前，国内外几乎所有的各大公司所使用的水溶性聚酯树脂都是采用该方法来制备。这种水溶性聚酯树脂，有着很多弊端：由于水溶性聚酯树脂酸值较高（一般在40mgKOH/g以上），其漆膜的耐水性不够理想；树脂用有机胺中和成盐，体系呈碱性，树脂容易发生水解，树脂的储存稳定性不佳。（二）磺酸基成盐：即在聚酯树脂中引入一定量的磺酸盐基团，以此作为水溶性基团，使聚酯树脂直接溶于水中。中国专利CN 101058633 A通过采用钠氢磺基芳基多羟酸的方式，引入磺酸盐基团，制备水溶性聚酯树脂。中国专利CN 102675615 A通过间苯二甲酸二甲酯磺酸钠的酯交换反应，制备含有磺酸盐基团的水溶性聚酯树脂。中国专利CN 1315985 A将含有磺酸盐基团的聚酯与水不溶性聚酯通过转相乳化的方式来制备水性聚酯树脂，这种方法制备的水性聚酯储存稳定性较差。中国专利CN 102887993 A通过采用间苯二甲酸-5-磺酸钠，引入一定量的磺酸盐基团，制备了用于卷材涂料的水性聚酯，该方法制备的水溶性聚酯树脂的耐水性和储存稳定性有所提高，但耐热性不佳。 

发明内容

本发明旨在克服上述制备水溶性聚酯树脂过程中的一些缺点，提供一种合成水溶性聚酯树脂的改进方法，将耐热功能性单体、磺酸盐基亲水性单体和缩水甘油酯化合物引入聚酯树脂中，制备了水溶性聚酯树脂。本发明人发现： 

（1）树脂中引入耐热功能性单体可明显提高树脂的耐热性能。本发明人采用的耐热功能性单体为三羟乙基异氰尿酸酯，它是一种分子中含三嗪环的三元醇，是一种性质活泼的单体，可以用它代替三羟甲基丙烷和季戊四醇等生产聚酯树脂，使聚酯树脂的耐热性和硬度明显提高。用三羟乙基异氰尿酸酯制备的水溶性聚酯树脂的起始失重温度为200℃以上，1.5%失重温度为250℃，50%失重温度为380℃。

（2）采用磺酸盐基亲水性单体，使树脂中引入磺酸盐基团，该磺酸盐基团较羧酸盐基团有更好的水溶性，只需很少的添加量就能使树脂具有很好的水溶性。由于树脂是靠较少量的磺酸盐基而具有水溶性，树脂的酸值可以降得比较低，酸值对树脂水溶性的影响较小，且不需要用胺（或氨）中和，因此，漆膜的耐水性好。 

（3）由于磺酸盐基亲水性单体呈强酸性，重量百分比浓度为10%的磺酸盐基亲水性单体水溶液的pH值约为2，这可能是由于磺酸盐基团的吸电子性造成的。未反应的磺酸盐基亲水性单体和/或以磺酸盐基亲水性单体作为端基的高分子链是造成该类型水溶性聚酯树脂的pH值小于或等于4的原因。如此低的pH值造成了水溶性聚酯树脂及由该树脂制备的色漆的储存稳定性较差。本发明人通过在树脂中引入叔碳酸缩水甘油酯化合物，可以将水溶性聚酯树脂的酸值下降到2mgKOH/g以下，使该水溶性聚酯树脂的pH值提高到5.5以上，这样的pH值会使该树脂的水解稳定性得到较大的改善。同时，叔碳酸缩水甘油酯化合物分子链上带有伞状结构的叔碳酸基团，对分子链起到保护和屏蔽作用，进一步提高了水溶性聚酯树脂的耐水解性和耐水性。