[发明专利]一种POSS改性高硬度耐水性醇酸树脂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种POSS改性高硬度耐水性醇酸树脂，成分有不饱和脂肪酸、多元醇、多元酸或酸酐、硼酸衍生物、六对羧基苯基POSS、催化剂、中和剂和去离子水；本发明还提供一种POSS改性高硬度耐水性醇酸树脂的制备方法。本发明制得的一种POSS改性高硬度耐水性醇酸树脂，具有优良的耐水解和贮存稳定性，其酸值为20～50mgKOH/g，固含量为45～65wt％、粘度为600mPa·s～1500mPa·s；制成的涂膜具有优异的耐磨性、自洁性、透明性、柔韧性、耐腐蚀性和阻燃性。

技术领域

本发明涉及一种POSS改性高硬度耐水性醇酸树脂及其制备方法，属于水性功能树脂技术领域。

技术背景

醇酸树脂是一种十分重要的化工产品，在涂料、油墨等领域有着广泛的用途。醇酸树脂或经过改性后的醇酸树脂，由于含有较多的不饱和键和羟基，可以实现空气氧化干燥或烘烤交联，又由于其合成原料易得，因此在各种用途的涂料中应用非常广泛。目前的醇酸树脂仍是以溶剂型为主，但是，随着经济的发展和环保的要求，将醇酸树脂水性化已成为发展趋势。

水性醇酸树脂是由多元醇、多元酸与植物油(酸)或其他脂肪酸经酯化、缩聚而成的高酸值低黏度树脂。它以芳香族聚酸酯为主链，以脂肪族酸聚酯为侧链，其中芳香族酸酯提供刚性，脂肪酸酯提供柔韧性。该树脂用有机胺中和后制得的水性涂料具有干燥快、附着力强、硬度高、耐冲击性优良及VOC排放量极低等特点。但由于水性醇酸树脂分子链上的酯键在弱碱性条件下较易水解，使涂料贮存稳定性下降，并且涂膜易泛黄的缺点，使水性醇酸树脂的应用受到一定限制。

中国专利CN1554689A公开了一种提高水性醇酸树脂性能的方法，但仍以偏苯三甲酸酐作为保留的羧基并加以中和来实现醇酸树脂的水性化，所以它仍然存在弱碱条件下酯键降解的危险，未能解决贮存稳定性的问题；第二种是非离子基团法，即在醇酸树脂中引入非离子基团羟基和醚基的聚合物。例如，通过在醇酸树脂中引入聚乙二醇来实现醇酸树脂的水性化，又如在醇酸树脂中引入单烷氧基的聚乙二醇来实现醇酸树脂的水性化。但是，由于利用此方法形成的水性醇酸树脂分子中，起连接作用地酯键邻接着亲水基团，它们直接面临着水的“进攻”，同样也会导致贮存稳定性差，而且固化的涂层耐水性也不好；第三种是采用外加小分子乳化剂来实现醇酸树脂的水性化。例如，以烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚等作为醇酸树脂的乳化剂来实现醇酸树脂的水性化，但是，由于这些乳化剂通常是较低分子量的表面活性物质，它不能参与成膜，从而给最后成膜物的干性、硬度、光泽和耐水性等都带来了负面影响。上述使醇酸树脂水性化的通用方法所存在的弊端，严重影响了水性醇酸树脂的应用。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种POSS改性高硬度耐水性醇酸树脂及其制备方法。

POSS又称笼型聚倍半硅氧烷，是由Si-O交替连接的硅氧骨架组成的无机内核，其形状如同一个“笼子”，属于纳米化合物。POSS基团的多样性、高活性以及较好的聚合物相容性使之既可以通过物理共混又可以通过化学共聚的方法将其引入到聚合物材料中。

POSS改性聚合物能显著改善聚合物材料的表面光滑性、耐磨性、透明性和柔韧性；利用POSS的八臂结构和具有反应活性的官能团以及高度对称性，来制备星形树枝状聚合物，降低树脂的粘度，提高固含量。

本发明所述的POSS改性高硬度耐水性醇酸树脂，是在水性醇酸树脂分子结构上引入硼酸衍生物和六对羧基苯基POSS，使得醇酸树脂分子骨架中含有硼氧键、硅氧键，具有星形树枝状结构，有效提高水性醇酸树脂的耐水性、自洁性、耐磨性、耐腐蚀性和阻燃性。

为克服现有技术的缺点和不足，本发明采取以下技术方案，所述的一种POSS改性高硬度耐水性醇酸树脂，按质量份数计，其成分为：30.0～50.0份不饱和脂肪酸、10.0～15.0份多元醇、8.0～10.0份多元酸或酸酐、5.0～8.0份硼酸衍生物、3.0～6.0份六对羧基苯基POSS、0.02～0.15份催化剂、2.0～8.0份中和剂、45.0～70.0份去离子水。