TMP的化学名是
三羟甲基丙烷(简称TMP)
化学名称为2-乙基-2-羟甲基-1,3-丙二醇,又名三甲醇丙烷、2,2-二羟甲基丁醇,英文名称:Trimethylolpropane英文缩写:TMP,化 学 式:CH3CH2C(CH2OH)3
外观为白色结晶或粉末,易溶于水、乙醇、丙醇、甘油和二甲基甲酰胺,部分溶于丙酮、甲乙酮、环己酮和乙酸乙酯,微溶于四氯化碳、乙醚和氯仿,难溶于脂肪烃和芳香烃,具有吸湿性,其吸湿性约为甘油的50%。
三羟甲基丙烷分子上有3个典型的羟甲基,因而具有类似于甘油的多元醇性质,可与有机酸反应生成单酯或多酯,与醛、酮反应生成缩醛、缩酮,与二异氰酸酯反应生成氨基甲酸酯等,是一种用途广泛的有机化工原料和化工产品,主要用于醇酸树脂、聚氨酯、不饱和树脂、聚酯树脂、涂料等领域,也可用于合成航空润滑油、增塑剂、表面活性剂、湿润剂、炸药、印刷油墨等,还可直接用作纺织助剂和PVC树脂的热稳定剂等。
工业上,三羟甲基丙烷是以正丁醛和甲醛为原料,在碱性催化剂作用下缩合反应制得的。其生产工艺有两种,一种是交叉卡尼扎罗缩合法,另一种是醛加氢还原法。交叉卡尼扎罗缩合法是生产三羟甲基丙烷的传统方法,该法工艺比较简单,容易掌握,不需要高温、高压和特殊催化剂,比较适用于中小规模工业间歇生产。但该法副产物较多,产品质量差,后处理工作量较大,生产成本高,产品精制困难,目前我国和日本的三羟甲基丙烷生产厂家主要采用该法进行生产。醛加氢还原法的甲醛利用率高,加氢技术性强,可以节省大量的甲醛和碱原料,副反应产物相对较少,产品质量好,提纯精制较为简单,设备少,生产成本低,但需加氢装置,采用高压设备,对加氢设备和催化剂要求较高,生产技术要求也较高,比较适合大规模的连续化生产。目前欧美国家的一些三羟甲基丙烷生产厂家主要采用该法进行生产。
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主要用于粘接塑料、木材、纸制品和其他材料。三羟甲基丙烷(简称TMP)是生产聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯涂料和粘合剂的重要原料,并可用于树脂改性。三羟甲基丙烷在环氧树脂改性聚氨酯粘合剂体系里的作用是主要用于粘接塑料、木材、纸制品和其他材料。
1.实验部分
1.1原料及试剂
蓖麻油(C1O):化学纯,天津市标准科技有限公司;2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI):化学纯,武汉市江北化学试剂有限责任公司;亚甲基双邻氯苯胺(MOCA):化学纯,江苏武进化学厂;二月桂酸二丁基锡:化学纯,国药集团化学试剂有限公司;甲苯、二甲苯:分析纯,天津新通精细化工有限公司;环氧树脂(E-44):岳阳石油化工厂;溴酚蓝指示剂,0.1mol/L,自制;二正丁胺-甲苯溶液,1mol/L,自制;氢氧化钠:分析纯,上海山海工学团实验二厂;氯化铅:分析纯,天津科密欧化学试剂开发中心;丙三醇:分析纯,国药集团化学试剂有限公司;三羟甲基丙烷(TMP):分析纯,吉林化学工业公司;氢氧化钙;氧化钙;盐酸;其_他助剂。
1.2涂料的制备
1.2.1蓖麻油的醇解
(1)催化剂制备:取氯化铅置于烧杯中,加水溶解,静置10min,取上层清液备用。称取NaOH5g于50mL烧杯中溶解。将配置好的NaOH溶液滴入PbCl2清液中,当pH值为7时,停止滴加NaOH。用布氏漏斗抽滤,取所得白色沉淀物于坩埚中加热分解。所得即为催化剂。
(2)醇解:称取一定量的蓖麻油于三口烧瓶中,加入少量PbO(每公斤加铅0.04g)和一定配比的甘油(或TMP),加热搅拌,在温度为220~240℃下反应2h,反应达到终点时,蓖麻油会由黄变为暗红色[此时其醇容忍度最大,约为1∶(3.4~4)],停止反应,冷却、密封保存。
1.2.2预聚体的制备
取一定量的醇解蓖麻油加入三口烧瓶中,再加入一定配比的TDI,搅拌数分钟,在氮气的保护下开始升高温度至一定范围,等待黏度增大后,加入一定比例的溶剂,保持该温度3~4h后,测—NCO含量,达到标准后停止反应;冷却至50℃,取料备用。
1.2.3乙组分的制备
分别称取一定量脱水干燥后的环氧树脂、催化剂、稳定剂、填料、固化剂,同时加入定量的流平剂、消泡剂以及其他助剂,搅拌均匀,密封保存。
1.2.4预聚体的固化
将预聚体与乙组分按一定比例混合均匀,浇注到模具,在所需的固化条件下固化成膜后备用,并测表干时间。
1.3材料性能测试与结构表征
用二正丁胺法测定—NCO含量;表面皿法测涂料固含量;按GB/T6739—1988测定涂膜硬度;黏度测试:按照GB/T1723—1979涂料黏度测定法进行;试样用KBr晶片涂膜制样,用Nicolet-Impact420型傅里叶红外光谱仪测定试样的红外光谱;耐水性:用常压吸水法测定;力学性能测试:万能材料试验机,拉伸速度50mm/min,夹距20mm;耐磨性能测试:漆膜耐磨试验机,以磨坑的弦长表示耐磨效果;漆膜附着力测试:按ISO2409—1972(E)测定;耐化学试剂性:按GB/T1763—1988测定。
2.结果与讨论
2.1反应时间对预聚体中—NCO含量的影响
反应时间对—NCO含量的影响如图1所示。
由图1可知,随着反应时间的延长,预聚体中—NCO的含量减少;当反应4h后,—NCO含量下降趋势趋于平缓。综合考虑,反应时间为4h左右为佳。若反应时间过长,则易凝胶给生产带来不便;反应时间过短,则—NCO含量大,产物毒性大,原料利用率低,影响预聚体的质量。 参考资料( http://www.592jc.com/news/show-59665.html)
超低温固化粉末涂料,其特征在于它由重量百分比含量为48%-54%的不饱和聚酯树脂、12%-14%的结晶型树脂、2%-3.5%的双酚S缩水甘油醚、1%-2%的流平剂、23%-30.5%的无机填料、1.5%-2.5%的氧化铝C和3%-3.5%的颜料混合后组成。
在粉末涂料的喷涂过程中只需要100℃左右的温度就可将其固化,因此可在木材、工程塑料及某些金属合金材料等领域应用,扩大了传统粉末涂料的应用领域
关键词:有机硅改性聚酯;耐久卷材面漆;QUV-B 老化机;人工加速老化矽胶试验
0 引言
预涂卷材涂料经济环保,符合当今社会经济发展的需要,因而应用越来越广泛。随着技术的不断进步,其应用领域已扩展到家电、装饰、家具等,但其最主要的用途还是建筑业,大量的是外用卷材,要求具有持久的美观装饰和保护性能。有机硅改性聚酯具有优异的耐污染、耐候性,其粘接性好、固化快,适应预涂卷材涂装要求,非常适用于制备耐久型卷材面漆。由其制备的涂料形成的涂膜具有优异的自洁、保光、保色、不粉化性,且坚韧耐磨。
根据桥联结合方式,有机硅改性聚酯树脂可分为Si-C 型和Si-O-C 型两种。前者由含羧基的有机硅(氧)烷与多元醇反应制备,但因原料昂贵、工艺复杂,至今尚未工业化生产。后者通过含羟基的聚酯与烷氧基的硅(氧)烷或含硅羟基的硅(氧)烷经缩合反应而制备,原料易得,生产工艺简便,因而被广泛应用。
考虑到工业化可行和成本因素,本文研制的有机硅改性聚酯树脂采用后者,是由含羟基聚酯树脂与含烷氧基的硅氧烷缩合反应制备。通过有机硅改性,大大提高了涂膜的耐久性。其反应式为:≡SiOR +HOC≡→≡SiOC≡+ROH。
1 实验部分
1.1 原料
间苯二甲酸(IPA):>99.5%,工业;己二酸(ADA):>99.5%,工业;环己烷二甲酸(CHDA):进口;新戊二醇(NPG):>99%,工业;三羟甲基丙烷(TMP):工业;二月桂酸二丁基锡,化学纯:有机硅中间体:道康宁公司;二甲苯:工业;HY-C-02稀料:江苏鸿业涂料公司生产的卷材涂料专用稀料;R-706二氧化钛:杜邦,金红石型;Lonman996二氧化钛:龙蟒,金红石型;TS-6200二氧化钛:杜邦,金红石型;Tinuvin928、Tinuvin5060、Tinuvin123:UV吸收剂,汽巴精化;BYK-450:酸催化剂,毕克公司;EFKA-3777:流平剂,毕克-埃夫卡公司;HY-C-101淡黄底漆:江苏鸿业涂料公司生产的聚氨酯底漆。
1.2 实验步骤
1.2.1 树脂合成
在装有搅拌、温度计、回流冷凝器、分水器的三口烧瓶中依次加入 IPA212.4g、ADA31.1g、CHDA220.1g、NPG277.0g、TMP58.4g、二甲苯80g和二月桂酸二丁基锡0.4g,慢慢升温至120℃左右,开动搅拌,继续缓慢升温至140℃左右开始回流脱水,以3h左右缓慢升温升至200℃,保温反应1h后,以1h左右时间升温至220℃,在此温度保温反应至酸值<3mgKOH/g为反应终点,反应完全后,降温至160℃以下,加入HY-C-02稀料609.3g,再加入有机硅中间体213.9g和二月桂酸二丁基锡0.9g,慢慢升温至170℃左右开始反应,回流分出甲醇,继续升温反应1~2h,升温至180℃左右,取样观察树脂的透明性和凝胶时间,树脂透明且凝胶时间<2min,降温出料得到有机硅改性聚酯树脂,固含量60%。
1.2.2 制漆
在一洁净烧杯中加入硅改聚酯树脂100g、二氧化钛180g和适量HY-C-02稀料用高速分散搅拌均匀后,倒入实验室用小型砂磨机中,加入适量锆珠,研磨分散到刮板细度≤15μm,出料,得到分散好的色浆。色浆的颜基比(P/B)为75/25;固含量:65%。
取上述色浆100g,加入硅改聚酯树脂37.9g、交联剂氨基树脂9.9g、BYK-450.19g、EFKA-3777.12g和适量HY-C-02稀料,用高速分散搅拌均匀得到白色面漆。
1.2.3 性能检验
1.2.3.1 工艺条件
10cm×6cm×0.4mm的黄石镀锌板,洗净后,用铬处理液处理;在150℃烘1min干燥后取出,用10#刮棒刮涂HY -C-101淡黄底漆,烘干,用20#刮棒刮涂面漆,烘干。检验复合涂膜性能。
炉温:330℃;烘烤时间:29~30s;板温:224~232℃。
干膜厚:底漆5~6μm,面漆:12~13μm。
1.2.3.2 检验方法
样板制备好后,测试各项性能,包括:膜厚、铅笔硬度、T弯、耐 MEK擦拭(来回)和老化性能等。
2 结果与讨论
2.1 试验结果
2.1.1机械性能测试
机械性能如表1所示。
表1 自制有机硅改性聚酯与不同对比样的机械性能结果
根据表1数据,自制硅改性聚酯与对比样在机械性能方面没有明显差别。
2.1.2 老化性能试验结果
(1)不同类型树脂QUV-B 老化试验结果对比
将自制有机硅改性聚酯树脂配制的白漆与各种类型对比用白漆制板,对比其老化性能(QUV-B)的差异。结果如下。
试验条件:模式Ⅰ为60℃不加冷凝水4h;模式Ⅱ为50℃加冷凝水4h;Ⅰ加Ⅱ为1个循环。
不同类型涂料的失光率随时间变化见图1。
图1中,氟碳树脂为无锡力同化工的FEVE树脂;耐久型聚酯为中化建常州涂料化工研究院开发的耐久型聚酯树脂HDPE。由图1中结果可以发现,硅改性聚酯白漆QUV-B 试验结果可以达到400h不失光,600h失光率仅为20%,其漆膜老化速度优于耐久型聚酯白漆和普通聚酯白漆,但略逊于氟碳树脂白漆。
图1 不同树脂体系高光面漆失光率趋势
(2)有机硅改性聚酯树脂人工加速老化(阳光型老化试验机)试验结果
根据上述试验步骤制备的白漆样板在国家涂料检测中心进行了人工加速老化试验,试验条件:温度(65±2)℃;湿度60%~80%。试验结果如图2所示。
图2 硅改聚酯树脂人工加速老化试验结果
此外,上述人工加速老化试验中,高光涂膜在3000h试验后ΔE值为1.9,无粉化;低光涂膜在2400h试验后ΔE值为1.7,粉化1级。
根据上述结果,硅改性树脂人工加速老化试验可以达到2000h以上(失光、变色和粉化均为1级)。
2.2 有机硅改性聚酯树脂红外谱图分析
自制有机硅改性聚酯树脂红外谱图如图3所示。
图3 硅氧烷中间体红外谱图
图3中,2840.6cm-1、1192.9cm-1及1079.8cm-1存在的吸收峰是Si-OCH3产生的,这些吸收峰在有机硅改性聚酯红外谱图中消失,表明聚酯与硅氧烷中间体基本反应完全。
图4 聚酯树脂红外谱图
图5 有机硅改性聚酯红外谱图
2.3 二氧化钛对老化性能的影响
试验中选用3种不同的金红石型二氧化钛,考察二氧化钛对老化性能(QUV-B)的影响。分别为杜邦公司TS-6200和龙蟒公司的996二氧化钛,实验中,除了二氧化钛不同,其他实验条件均相同。试验结果如图6所示。
图6 二氧化钛对老化性能的影响
由图6中结果可以发现,不同生产厂家的金红石型二氧化钛对老化试验结果影响不大。
2.4 UV吸收剂对老化性能的影响
以自制有机硅改性树脂和R-706二氧化钛配制白漆,加入不同用量和类型的UV吸收剂,观察其对涂膜老化性能(QUV-B)的影响。结果如图7所示。
图7 UV吸收剂对老化性能的影响
图7中,分别为空白对比,即未加UV吸收剂;加入2%(基于树脂总固含量,下同)的928和1%的123;加入1.5%的5060和加入3%的5060配制成的白漆的老化试验结果。
从上述结果可以发现,涂膜中加入UV吸收剂,对涂膜老化性能有一定改善。
2.5 消光粉对老化性能的影响
以自制有机硅改性树脂和R-706二氧化钛配制白漆,加入不同用量二氧化硅消光粉,观察消光粉用量对涂膜老化性能(QUV-B)的影响,结果如图8所示。
图8 消光粉用量对老化性能的影响
图8中,高光涂膜600h失光率约19%;中光涂膜600h失光率约21%;低光涂膜600h失光率约28%。
由上述结果可知,消光粉用量对老化性能有一定影响,消光粉用量增多,涂膜的老化性能有所下降。
3 结语
本文中合成了一种有机硅改性聚酯,将其用于配制预涂卷材涂料,制备的涂膜机械性能可以达到卷材加工要求,其紫外线加速老化试验(QUV-B)可以达到400h基本不失光,人工加速老化试验可以达到2000h,失光、变色均为1级。