新型高分子水性聚酯樹脂的應用

       2015年注定是一個不平凡的年份，從年初國家相關部門頒布了《關于對電池、涂料征收消費稅的通知》，等于是吹響了中國涂裝行業(yè)向“低污染、環(huán)?；?、水性化”轉(zhuǎn)型發(fā)展的號角。2015年也是中國的多事之秋，其中又以天津化學原料大爆炸為代表，種種的不幸呼喚著公司盡早向水性化、安全化轉(zhuǎn)型?？上驳氖牵翰还苁墙K端涂裝廠家還是涂裝原材料供應商大多數(shù)均已有計劃或已向水性化轉(zhuǎn)型。經(jīng)過多年研究與應用，國內(nèi)涌現(xiàn)出了一些優(yōu)秀的原材料供應商如南方樹脂等，得益于多年的不懈努力，不但掌握了性能優(yōu)異的水性聚酯樹脂的生產(chǎn)，還對樹脂地運用也有很深入的研究，可以對目標客戶快速輸出整套成熟的工藝方案，便于下游涂料客戶減少磨合期，以達到可快速量產(chǎn)的目的。總的來說，雖然溶劑型產(chǎn)品在市場上已成熟運用幾十年，性能優(yōu)異、工藝穩(wěn)定，可也給環(huán)境帶來的沉重的壓力及對工作人員的身體造成了非常大的損害。但是水性技術同樣也經(jīng)過了很多年的儲備與發(fā)展，而且在溶劑型基礎上鉆研及摸索，少走了很多彎路，技術已相對成熟。時至今日，可以毫不夸張地說:油性能做到的，水性也可以做到?，F(xiàn)公司遇上了政策支持、技術成熟的黃金時期，公司切不可錯過這一個發(fā)展水性化的非常時期。

    首先挑選合適的單體及反應條件進行水性聚酯樹脂的合成反應，反應流程圖如下：

單體及反應條件進行水性聚酯樹脂的合成反應流程圖

    反應過程：公司挑選了多元醇與多元酸在催化劑作用下進行脫水酯化縮聚反應，反應初步完成后即為飽和聚酯樹脂，接著我們用中和劑（如DMEA等）中和樹脂的羧基，進行酸堿中和，中和后的產(chǎn)物即為鹽（PH控制在8.0~8.5之間），所以中和后的樹脂即可完全水溶，再按照成品的要求，加入一定量的BCS作為WP-536樹脂的助溶劑，可使樹脂水溶性更好，而且外觀清澈透明，最后再加入純凈水將樹脂的固含調(diào)節(jié)到50%，即可過濾包裝出貨。

    按照此生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出的WP-536樹脂外觀清透，水溶性好，可長期儲存不分層、不水解，而且分子量高，賦予涂膜有極好的性能，而目前市面上的水性聚酯，絕大部分都是水性丙烯酸與水性聚酯采用熱拼或冷拼方法生產(chǎn)（因其無法解決純水性聚酯樹脂易水解，儲存穩(wěn)定性差等難題），所以這也是市面上的所謂水性聚酯的性能不夠理想的最主要原因。

    表1 WP-536參數(shù)

    將WP-536與市面上類似水性產(chǎn)品及傳統(tǒng)溶劑型產(chǎn)品進行性能對比：

    表2 WP-536與市面同類產(chǎn)品比較（一）

    測試儀器：WGG-60通用型光澤儀；NK-2#杯；三菱鉛筆B~H一套；QCJ沖擊儀；BYKO-TEST1500測厚儀；DHG系列臺式鼓風干燥箱；JECO-6173pH計，百格刀。

    涂裝方式：噴涂；涂裝底材：前處理馬口鐵；烘烤條件：140~160℃*30min（其中WP-536白色漆與市售水性聚酯白色漆140℃*30min,油性聚酯白色漆160℃*30min）。

    表3 WP-536與市面同類產(chǎn)品比較（二）

    結果分析與討論：從上面表3實驗結果可以看出，WP-536是一款非常具有特色的水性飽和聚酯樹脂，具有支化度高，分子量大的特點。與市售水性聚酯樹脂比較時，在WP-536/747氨基樹脂=85/15，而市售水性聚酯/747氨基樹脂=80/20（通過多次梯度實驗得出市售水性聚酯與氨基樹脂的配比在80/20時，性能為最佳）及相同的顏基比（P/B=1/1），還有相同的烘烤條件下，可以看出，WP-536可以在更少的氨基樹脂條件下反應出更好的柔韌性，這一點可以通過沖擊及重涂結果看出來，這也印證了目前市面上很多所謂的水性聚酯其實都不是真正的純聚酯，而是通過丙烯酸改性的聚酯，所以它或多或少的保留了丙烯酸“脆”的特點，這是因為除了南方樹脂外，國內(nèi)的樹脂生產(chǎn)廠家真正掌握穩(wěn)定的水性聚酯生產(chǎn)工藝的還不多，所以只能通過丙烯酸改性來穩(wěn)定聚酯的儲存性，防止水解，歸根結底還是因為這些生產(chǎn)廠家沒辦法將水性聚酯的分子量做大，所以基本性能和儲存性都相對遜色。而南方樹脂的高分子量的水性聚酯WP-536擁有快速反應的特性，而且交聯(lián)程度高，這一點也可以從與油性聚酯的白色漆對比中可以看出，同樣是聚酯產(chǎn)品，油性聚酯不但氨基樹脂比例要比WP-536用的多（約多2倍的量），還要烘烤160度的高溫，而且反應的強度也不及WP-536，還要借助酸催化劑的幫助下性能才勉強與WP-536持平，并且硬度上還遜色于WP-536，這其中的原因也是由于油性聚酯的分子量一般都較?。?000~3000）左右，另外就是由于WP-536側(cè)鏈有羧基的作用，起到了“酸催化”的作用，所以整體的反應速度及交聯(lián)程度就大幅地領先油性聚酯。所以綜上所述，WP-536是一款在性能上大幅領先于市售水性聚酯及傳統(tǒng)油性聚酯的新型產(chǎn)品，而且更少的氨基樹脂及更低的烘烤條件，可降低涂料的成本，為客戶節(jié)省不少的開支。公司同樣進行過穩(wěn)定性對比，發(fā)現(xiàn)，市售的水性聚酯穩(wěn)定性與WP-536有很大差距：在50℃加溫儲存10天后，發(fā)現(xiàn)市售的水性聚酯外觀出現(xiàn)了乳白及分層等水解現(xiàn)象，而且重新進行攪拌也無法使之恢復透明狀，而公司的WP-536經(jīng)過加溫儲存，依舊清澈透明，外觀與測試前無明顯變化。所以，經(jīng)過加溫儲存測試穩(wěn)定性試驗中，發(fā)現(xiàn)市售的樹脂在穩(wěn)定性方面與公司對應產(chǎn)品有很大的差距，其不能夠長期穩(wěn)定儲存，這也是為何國內(nèi)水性聚酯樹脂供應廠家均是提供未中和的高固含的水性聚酯樹脂的原因所在（若中和加水稀釋后，儲存穩(wěn)定性會大幅降低），而廣州產(chǎn)協(xié)卻同時在提供加水稀釋后的50%固含與未加水中和的75%的樹脂。通過綜合分析，公司在水性聚酯的實力是大幅領先于競爭廠家的。

    若客戶實際烘烤溫度比140℃高（如160℃時），WP-536還可以以更低的成本反應出出色的性能：

    表4 WP-536白色漆（90/10）參考配方

    涂裝方式：噴涂；涂裝底材：前處理馬口鐵；烘烤條件：160℃*30min

    表5 WP-536白色漆（90/10）性能檢測結果

    實驗結果分析：從表5實驗結果可以看出當烘烤條件為160℃時，可以將WP-536配制的白漆中的氨基樹脂比例從85/15降低到90/10（5.6/1降到9/1），而且基本性能是幾乎沒有改變的，始終維持在一個比較高的水平。氨基樹脂的減少直接可以降低涂料的物料成本，而且更少的氨基樹脂，也就可以少加點色漿就可以做到一樣的顏基比，所以使用WP-536作為水性工業(yè)涂料的主體樹脂時，可以給客戶帶來很高的性價比與靈活性。

    總結

    水性樹脂經(jīng)過多年的臥薪嘗膽，時至今日，也已經(jīng)發(fā)展到了一個很高的水平，可以說是到了和油性樹脂一較高下的時候了。通過前面的介紹，可以看出南方樹脂生產(chǎn)的水性飽和聚酯樹脂在性能上是非常突出的，只使用很低當量的氨基樹脂就可以有很強的交聯(lián)程度。所以那些還抱著水性比不上油性體系心態(tài)的朋友應該放下戒心，大力轉(zhuǎn)型水性產(chǎn)品。選擇南方樹脂的水性產(chǎn)品還可以降低不少的成本，而且公司有非常成熟的方案來幫助大家的轉(zhuǎn)型升級，花費低，代價小。從另一角度來看，國家的“消費稅”法規(guī)的出臺，也意味著油性體系的路子會越走越窄，而很明顯水性體系就是一條康莊大道。為了早日使大家的生存環(huán)境有所改善，那么公司應該早日向水性化轉(zhuǎn)型升級。