水性有机硅改性聚酯树脂的合成以及应用

何麟

摘 要：以Sb2O3为催化剂，通过熔融法来实现端羟基聚酯树脂的合成，其中，使用15%、35%、55%的有机硅中间体进行化学改性，以偏苯三甲酸酐对有机硅改性后的聚酯进行封端，并以二甲基乙醇胺成盐来制备水性有机硅改性聚酯树脂，配以氨基树脂进行固化后测评机械性能。研究表明，有机硅含量在30%左右，制得的水性有机硅改性聚酯树脂耐高温性良好、硬度较强、柔韧性符合标准，此时的改性聚酯树脂的性价比最具优势。

关键词：聚酯树脂;有机硅中间体;化学改性

Abstract：Hydroxy-terminated polyester resin was synthesized by using Sb2O3 as catalyst through melting method，in which modified with 15%、35%、55% intermediate of organosilicon. Then we terminated the modified polyester resin with TMA ，salified with DMEA，and obtained the waterborne organosilicon-modified polyester resin，which was evaluated mechanical properties by solidified with amino resin. Research indicated that waterborne organosilicon-modified polyester resin has better properties in thermostability，rigidity and flexibility containing about 30% intermediate of organosilicon，which is most dominant in cost performance.

Key words： polyester resin; intermediate of organosilicon; chemical modified

一、化学作用分析

在通常的情况下，聚酯树脂的涂料部分十分光亮并且丰满，除此之外，还对金属物质的附着力有着良好的效果，硬度与耐溶剂性能以及在面对高温的状态下漆膜力学强度等条件下仍能保持十分优良的性能优势，能够与多种树脂实现相容，柔韧性与拉伸性能十分显著。另一方面，有机硅树脂的优势体现在：在热氧化状态下能够保持稳定性能，电绝缘与不粘性方面的性能也十分优良，尤其是耐候性十分突出，尽管是处于紫外线较强的情况下也不会很容易出现泛黄的不良现象，但是，纯有机硅树脂也有一定的缺陷问题，其需要使用高温进行烘干，固化的时间十分漫长，在附着力以及耐溶剂方面的性能效果十分不理想，当温度比较高的情况下其漆膜的力学性能受到严重影响。当使用有机硅树脂来实现与饱和聚酯树脂的化学改性，则能够有效地发挥这两者之间的性能特征，两者之间能够形成两种性能较为突出的涂膜。笔者使用熔融法对端羟基聚酯树脂进行合成试验，通过道康宁有机硅的中间体实施改性工作，使用偏苯三甲酸酐展开水性化封端作业，利用N，N-二甲基乙醇胺成盐，合成了能够耐受高温、硬度较强、柔韧性性能完好的有机硅化学改性的水性饱以及聚酯树脂。

二、试验环节

1.试验仪器与药品成分介绍。本次试验将使用以下相关仪器与药品成分，内容如下：精密色差仪hp- 200、恒温水浴锅;恒温干燥箱、hz- d 型水循环式真空泵、实验室有机合成装置、tc830 涂层测厚仪、ndj- 1 旋转粘度计等相关试验仪器。化学工业品包括：99.5%对苯二甲酸（TPA）、（>99.5% 己二酸（ADA）、（> 99.5%间苯二甲酸（IPA） 、（>99% 新戊二醇（NPG）等工业品。药剂包括：二月桂酸二丁基锡（c.p. ）、六甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂（hmmm）、Sb2O3（a.r.）、三羟甲基丙烷（TMP）（≥99.0 偏苯三酸酐（TMA）（>99% ，C.P. ）;Z- 6018 有机硅中间体、（c.p.）N，N-二甲基乙醇胺（DMEA）;乙二醇乙醚醋酸酯（CAC）等试验药剂。

2.聚酯树脂与有机硅改性的合成要點。在一般的情况下，当含有硅羟基的有机硅中间体在化学催化剂的作用之下与羟基聚酯的合成出现了缩合化学反应，在进行脱水之后就能够立即实现有机硅改性聚酯树脂。在这种反应背景下，通常都会出现有机硅中间体和聚酯之间的羟基存在共缩合反应，同时也有可能出现中间体两者之间的自缩合反应。与此同时，在这种催化剂二月桂酸二丁基锡的化学作用之下，用有机硅中间体中的羟基和聚酯中的羟基等进行共缩合反应为核心。不同化学作用下的反应式如以下公式可见：

三、试验步骤

1.合成部分。在配有温度计、电动搅拌器、冷凝管、分水器、蒸馏柱、氮气进口的四口烧里面，加入间苯二甲酸、三羟甲基丙烷、苯二甲酸、己二酸、新戊二醇、有机硅中间体以及单体总量分别为0.1%的酯化催化剂Sb2O3和改性催化剂二月桂酸二丁基锡，同时通入N2 并进行加热，当温度升至160℃，进行保温操作0.5h，待四口烧内部的所有物料溶解并具有流动性，然后进行搅拌，与此需要注意的是，小部分由于反应多生成的水会直接流出来，然后继续保持升温直至220℃左右，保温酯化为3小时，等待此时的回收生成水的实际容量就快要达到理论的数值时，对这些反应物的酸值进行取样然后评估，当酸值直至大概10mmg KOH·g-1的情况下，即为此步骤反应终点，得到有机硅改性聚酯。见下图。

随后体系温度降至130℃，加入TMA进行封端，保温反应，对体系的酸值进行取样然后评估，当酸值直至大概10mmg KOH·g-1的情况下，即为封端步骤反应终点。随后体系温度降至60℃，加入N，N-二甲基乙醇胺成盐化后，加入去离子水高速搅拌进行相反转，完成水性化，得到水性有机硅改性聚酯树脂。

2.涂膜的耐温效果。在化学反映下，漆膜面对不同的温度在颜色上会发生不同的变化，因此，漆膜的耐温性能也有一定的差异性，对已经处于固化状态的漆膜实施耐热效果的试验工作，工序包括：使用180℃进行烘干，用时30min， 其中注意固化的漆膜作为基准参考，实施260℃*30min的条件对其进行热冲击实验，使用精密色差仪HP- 200 来展开色差测定工作，试验结果如表1所见。

四、结语

本文对有机硅中间体对聚酯树脂的改性进行了探索，该改性聚酯树脂的耐热性、机械性能较改性前有明显提高。当有机硅中间体含量在占总单体30%左右时，涂抹的耐热性和机械性能达到较好的平衡，耐候性稳定，性价比最优。

参考文献：

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