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聚酯树脂的基本原理

大多数用于涂料应用的聚酯树脂分子量相对较低,是无定形的, 线性的或分枝的,必须交联才能形成有用的薄膜. As a class, thermosetting polyesters 一般具有比热固性亚克力更好的金属附着力和抗冲击性能, 然而TSA提供的涂层具有更好的耐水解和耐风化性能. 在聚酯的主链上存在酯键使它们更容易水解, 正确选择能够对酯基连接提供空间位阻的主链单体(例如 NPG 提供更好的耐水解性和耐候性.

反应物过量的公式。聚酯树脂基本原理

本文只讨论饱和聚酯,即有时称为无油聚酯的聚酯. 聚酯涂层是建筑的重要组成部分, 汽车和航空航天市场,因为他们可以设计提供优良的性能,包括机械, impact, UV, 耐化学性用于水性, 高固体含量,低VOC和粉末涂料. Linear polyesters 占卷材涂布用树脂的很大一部分. 当用三聚氰胺或封闭异氰酸酯固化时,可提供优良的弹性, 耐化学性和光稳定性. 聚酯的形成是由 step-growth polymerization 指至少有两个羟基的醇和至少有两个羧基的羧酸. 通常聚酯含有二醇的混合物, 三醇和二元酸与过量的多元醇形成端羟基聚酯与三聚氰胺或异氰酸酯预聚物反应形成涂膜. 如果使用了过量的二元酸, 聚酯是羧基端接与环氧树脂反应, 三聚氰胺或2-hydroxyalkylamides. 历史上聚酯合成被称为 condensation polymerization 当一个醇基和一个羧基反应生成水时. 其他聚酯合成路线包括酯与醇的反应, 酸酐与醇的反应,最后是内酯的开环聚合. 当二醇(DD)与等量的二元酸(CC)反应时 molecular weight 逐渐构建,并且更容易控制. 过量的反应物会有反应物的末端基. For example:

平均的分子末端会有羟基. Branched polyesters are made from mixtures of monomer that contain one or more monomers which have a functionality F > 2. 作为一个单体的比例 F (functionality) > 2 increases, 数均分子量增加,必须控制反应以避免凝胶化. 广泛的聚酯在商业用途,为传统聚酯固化 melamine or isocyanate 预聚物的数量平均分子量在2000 ~ 6000之间.

图1 -聚酯合成过程中分子量的增加:

聚酯树脂的基本原理-分子量增加图

图2 -常见羟基功能单体如下:

普通羟基功能单体的配方。聚酯树脂基础

图3 -常见的二酸单体:

普通二酸单体配方。聚酯树脂基础

表一多元醇对聚合物性能的影响:

聚合物的影响表。聚酯树脂的基本原理
聚酯树脂的酸基效应表

表二-酸功能单体对聚合物性能的影响

As Tables I and II illustrate, 正确选择共反应物单体可以提供一系列的性能特征,提供一系列的性能属性如

  • hydrolytic stability (NPG, Sebacic, CHDA)
  • exterior weathering (npg, bepd, tmp, tme, hhpa, ipa)
  • hardness ( NPG, TME, TME, CHDM, TA)
  • flexibility (AA, AzA, Seb, CHDA, TA, CDO)

理想的性能可以通过适当选择混合单体再加上聚合物体系结构的选择来满足膜的性能.

聚合物设计注意事项图表。聚酯树脂的基本原理

Lastly, 聚酯的结构可以用一个或多个反应基团修饰以形成例如聚氨酯, oil, 或者丙烯酸改性聚酯.

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Resources:

  • 有机涂料,科学与技术,Frank N. Jones et.al., Wiley & Sons, 2017
  • Prospector
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