廣州產協:新型高分子量水性聚酯樹脂的應用

    慧聰化工網訊：2015年註定是一個不平凡的年份，從年初國家相關部門頒布了《關於對電池、塗料徵收消費稅的通知》，等於是吹響了中國塗裝行業向「低汙染、環保化、水性化」轉型發展的號角。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儘早向水性化、安全化轉型。可喜的是：不管是終端塗裝廠家還是塗裝原材料供應商大多數均已有計劃或已向水性化轉型。經過多年研究與應用，國內湧現出了一些優秀的原材料供應商如南方樹脂等，得益於多年的不懈努力，不但掌握了性能優異的水性聚酯樹脂的生產，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，便於下遊塗料客戶減少磨合期，以達到可快速量產的目的。總的來說，雖然溶劑型產品在市場上已成熟運用幾十年，性能優異、工藝穩定，可也給環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過了很多年的儲備與發展，而且在溶劑型基礎上鑽研及摸索，少走了很多彎路，技術已相對成熟。時至今日，可以毫不誇張地說:油性能做到的，水性也可以做到。現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展水性化的非常時期。

    分析

    廣州產協高分子有限公司（南方樹脂）從事水性樹脂的研發與生產已達幾十年之久，對開發高性能樹脂有獨特的心得。在大家往環保水性產品轉型之時，南方樹脂也正朝著給下遊塗料客戶提供高效、環保、節能的水性產品。下面就為大家介紹一款新型的超支化水性飽和聚酯樹脂WP-536。

    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，反應初步完成後即為飽和聚酯樹脂，接著我們用中和劑（如DMEA等）中和樹脂的羧基，進行酸鹼中和，中和後的產物即為鹽（PH控制在8.0~8.5之間），所以中和後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，最後再加入純淨水將樹脂的固含調節到50%，即可過濾包裝出貨。

    按照此生產工藝，生產出的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，賦予塗膜有極好的性能，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採用熱拼或冷拼方法生產（因其無法解決純水性聚酯樹脂易水解，儲存穩定性差等難題），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

參數指標	實際數據
外觀	淺色透明液體
Tg(℃)	26
固含量（%）	50±1
粘度（25℃，mpas）	3500~5500
pH值	7~8.5
羥值	50
酸值	30
助溶劑	BCS

    將WP-536與市面上類似水性產品及傳統溶劑型產品進行性能對比：

    表2 WP-536與市面同類產品比較（一）

WP-536白色漆（85/15）		市售水性聚酯白色漆（80/20）		油性聚酯白色漆（70/30）
WP-536	40	市售水性聚酯	40	油性聚酯	40
R-747	3.5	R-747	5	R-747	8.5
水性助劑	1	水性助劑	1	油性助劑	1
白色漿	33.5	白色漿	35.7	油性白色漿	40.7
去離子水	22	去離子水	18.3	酸催化劑	1
				稀釋劑	8.8
Total	100	Total	100	Total	100

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

    塗裝方式：噴塗；塗裝底材：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與市面同類產品比較（二）

檢測項目	參考標準	WP-536白漆檢測結果	市售水性聚酯白漆檢測結果	油性聚酯白漆檢測結果
外觀	GB/T 1729-1979	平整光滑	平整光滑	平整光滑
粘度（NK-2#）	GB/T1723-1993	>120	>120	>120
塗膜厚度Um	GB/T13448-2005	20~25	20~25	20~25
光澤度	GB/T9754-1988	>90	>90	>90
附著力	GB/9286-1998	0	0	0
鉛筆硬度（三菱鉛筆）	GB/T6739-1996	2H	2H	H
衝擊KGN/CM2	GB/T1732-1993	50	爆漆	50
耐MEK擦拭次數	NCCAII-18	50~100次	50~100次	50~100次
重塗性		>5次	無法重塗	>5次

    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，這一點可以通過衝擊及重塗結果看出來，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，國內的樹脂生產廠家真正掌握穩定的水性聚酯生產工藝的還不多，所以只能通過丙烯酸改性來穩定聚酯的儲存性，防止水解，歸根結底還是因為這些生產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，還要藉助酸催化劑的幫助下性能才勉強與WP-536持平，並且硬度上還遜色於WP-536，這其中的原因也是由於油性聚酯的分子量一般都較小（2000~3000）左右，另外就是由於WP-536側鏈有羧基的作用，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於市售水性聚酯及傳統油性聚酯的新型產品，而且更少的氨基樹脂及更低的烘烤條件，可降低塗料的成本，為客戶節省不少的開支。公司同樣進行過穩定性對比，發現，市售的水性聚酯穩定性與WP-536有很大差距：在50℃加溫儲存10天後，發現市售的水性聚酯外觀出現了乳白及分層等水解現象，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，經過加溫儲存測試穩定性試驗中，發現市售的樹脂在穩定性方面與公司對應產品有很大的差距，其不能夠長期穩定儲存，這也是為何國內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（若中和加水稀釋後，儲存穩定性會大幅降低），而廣州產協卻同時在提供加水稀釋後的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於競爭廠家的。

    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

組份	添加量（wt%）
WP-536	40
R-747	2.2
水性助劑	1
白色漿	31.7
去離子水	25.1
Total	100

    塗裝方式：噴塗；塗裝底材：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

檢測項目	參考標準	WP-536白漆檢測結果
外觀	GB/T 1729-1979	平整光滑
粘度（NK-2#）	GB/T1723-1993	>120
塗膜厚度Um	GB/T13448-2005	20~25
光澤度	GB/T9754-1988	>90
附著力	GB/9286-1998	0
鉛筆硬度（三菱鉛筆）	GB/T6739-1996	2H
衝擊KGN/CM2	GB/T1732-1993	50
耐MEK擦拭次數	NCCAII-18	50~100次

    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配製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塗料的物料成本，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作為水性工業塗料的主體樹脂時，可以給客戶帶來很高的性價比與靈活性。

    總結

    水性樹脂經過多年的臥薪嘗膽，時至今日，也已經發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程度。所以那些還抱著水性比不上油性體系心態的朋友應該放下戒心，大力轉型水性產品。選擇南方樹脂的水性產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型升級，花費低，代價小。從另一角度來看，國家的「消費稅」法規的出臺，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境有所改善，那麼公司應該早日向水性化轉型升級。

責任編輯：黃菊軍