[发明专利]丙烯酸改性水性妥尔油醇酸树脂乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工材料领域，涉及一种水性丙烯酸改性妥尔油醇酸树脂乳液的制备方法。

背景技术

醇酸树脂涂料具有综合性能好、原料廉价易得、涂膜丰满、光亮、附着力好、易于施工等优点。传统的醇酸树脂涂料多以有机溶剂作为分散介质，涂料中含有大量的有机溶剂。随着人们环保意识的不断增强，各国相继出台了限制VOC(挥发性有机物，Volatile Organic Compound)和HAPS(有害空气污染物，Hazardous Air Pollutants)排放的法律法规，比如美国66法规、德国AT-Luft法规等，2001年我国针对10种室内建筑装修材料制定了强制性的安全标准，2008年建立了“中国涂料低污染化发展安全国家体系标准”。传统溶剂型涂料的应用受到很大的限制。

水性酸酸树脂及其涂料是人们最早开发的水性涂料品种。水性醇酸树脂的水性化方法主要有成盐法，即先制备酸值较高的醇酸树脂，然后与有机胺中和加水分散制备水性醇酸树脂。由于采用该方法制备的树脂酸值较高，其涂膜存在诸如耐水性差、易黄变等不足。如何提高水性醇酸树脂涂料耐水性及耐久性等一直以来都是业界关注的方向。在醇酸树脂分子中引入少量的磺酸盐基团可使醇酸树脂获得很好的水稀释性，不需胺中和便可直接加水分散，由其制备的涂料不会由于胺的残余而产生刺激性气味，酸值较低也具有更好耐水性。如USP 4910292、USP 4973656及CN200910054477.7公开了一种水性聚酯树脂及其涂料的制备方法。该方法是将间苯二甲酸-5-磺酸钠(5-SSIPA)单体与二元醇和二元羧酸直接聚合制备聚酯，制备的涂料有很好的光泽、硬度、柔韧性以及耐溶剂、耐水性，但其水性涂料的稳定性较差。

醇酸树脂涂料干燥与固化速度较慢，尤其在常温、潮湿的环境中，同时其涂膜的硬度低、耐水性与耐候性较差。采用丙烯酸改性醇酸树脂，可使醇酸树脂获得优异的保光保色性、耐水性、耐腐蚀性及快干、高硬度等优点。丙烯酸改性醇酸树脂可分为物理改性与化学改性方法。物理方法是将丙烯酸树脂与醇酸树脂进行简单的机械共混，这种改性方法简单，但由于两种树脂的极性差别较大，树脂间的相容性较差，如果机械共混时处理不当，涂膜很容易出现病态。因此化学改性方法更多采用，通常将丙烯酸类单体或丙烯酸预聚物接枝到醇酸树脂分子中，以此达到改性的目的。USP 20020183453和WO 03087244均采用丙烯酸改性醇酸树脂的化学改性方法制出固含量高、硬度大、干燥快的醇酸树脂，但是它们均加入有机溶剂作为助溶剂，因此其涂料中有机溶剂含量较高且其水性涂料稳定性较差。USP 20040054074公开了一种水性丙烯酸改性醇酸树脂的方法，实验分为三个过程首先合成带有磺酸盐基团的聚酯树脂，然后制备丙烯酸化脂肪酸，最后将丙烯酸化脂肪酸与开始制备的聚酯树脂在高温下反应，合成一种丙烯酸改性醇酸树脂。由于其在合成的过程中加入二甲苯作为溶剂，因此产物中将会有较多二甲苯的残留，且合成工艺比较复杂、工艺耗时长，最终丙烯酸改性醇酸树脂水性化的方法采用胺中和法，因此涂料中会有胺的残留，带有刺激性的气味。

发明内容

针对水性醇酸树脂及其涂料品种缺乏，制备醇酸树脂的脂肪酸多采用植物油如豆油、亚麻油等，而采用造纸工业废液精制得到的妥尔油用于水性涂料则较少，以及成盐法得到的水性涂料耐水性及耐久性较差的现状，本发明从资源综合利用，循环经济及进一步提高醇酸树脂涂料耐水、耐久等性能的角度出发，发明了以工业副产物妥尔油脂肪酸为原料的水性丙烯酸改性妥尔油醇酸树脂乳液制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种水性丙烯酸改性妥尔油醇酸树脂乳液的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备聚酯中间体：将带有磺酸盐基团的二元羧酸、二元醇、去离子水和酸催化剂加入到反应器中，加热反应，同时通氮气；控制其反应温度在120℃~200℃，反应8~12小时；当反应器中的产物酸值降至5以下时停止反应，得聚酯中间体；其中，二元醇与带有磺酸盐基团的二元羧酸的摩尔比为2~4：1，去离子水用量为反应原料总质量的10wt%~20wt%，酸催化剂的量为反应原料总质量的0.05wt%~0.1wt%； 

(2)制备醇酸树脂水分散体；在反应器中加入上述聚酯中间体、妥尔油脂肪酸、多元醇、多元酸或酸酐和酸催化剂，通氮气升温，控制反应温度在120℃~230℃，反应6~10小时，直到酸值降至15以下，停止反应；然后降温出料，得妥尔油醇酸树脂；

上述树脂的重量份用量为：

聚酯中间体              20~30份；