醇酸树脂改性研究新成果
2018-11-26 12:29:26
作者：马智俊 来源：国家涂料工程中心
醇酸树脂是由多元醇、多元酸和一元酸（植物油）酯化反应得到的聚酯，具有光泽高、柔韧性好等优点，但也存在一些不足，比如：干燥速度较慢、漆膜较软、耐碱性较差等。
伊斯坦布尔科技大学（Istanbul Technical University）的Sibel Sogukkanli 等在醇酸树脂中引入笼型聚倍半硅氧烷（POSS，结构如图1所示），通过有机/无机杂化的方法，提升了醇酸树脂性能。其研究成果发表在今年的《Progress in Organic Coatings》上。
图1 笼型聚倍半硅氧烷分子结构
研究内容：
1对照例常规醇酸树脂的制备
（1）将亚麻籽油和甘油按照配方量进行高温反应。
（2）加入邻苯二甲酸酐继续反应，最终的产品酸价在7mgKOH/g树脂。
2POSS改性醇酸树脂的制备作者采用含有缩水甘油基修饰的POSS作为改性无机材料，其缩写为GPOSS（如图2所示）。
（1）将GPOSS溶解在甲苯中，而改性醇酸的反应也在甲苯中进行。
图2 GPOSS分子结构
（2）将亚麻籽油和甘油按照配方量进行高温反应。
（3）加入GPOSS、邻苯二甲酸酐和少量的1-甲基咪唑催化剂，合成一系列GPOSS占2%、5%、7%和10%的改性醇酸树脂。
结构表征与性能测试
作者对所合成的杂化材料进行一系列的表征与性能测试。
11H-NMR分析
图3为GPOSS和GPOSS与邻苯二甲酸酐反应后产物的 1H-NMR谱图，通过对谱图的解析能够证明产物为所设计的目标结构。
图3 GPOSS和改性醇酸的1H-NMR谱图
2TGA分析
作者将未改性与改性后的醇酸树脂进行了TGA测试，测试结果如图4所示。
图4 GPOSS和改性醇酸的TGA曲线
在相同的测试条件下，所有的产品均表现出相似的降解行为，所有样品的热失重在306℃-309℃范围内出现了急剧的下降。为了便于读者对比，作者将产品的热稳定性用产品失重10%和50%的温度，以及产品的残碳率来定义。如表1所示，由于无机结构对气体扩散的阻隔作用，当提高GPOSS改性比率至10%，热失重50%的温度提高至398℃。当温度达到800℃后，GPOSS改性的醇酸树脂其残碳率也增加至7.8%，而普通醇酸树脂的残碳率小于1%。根据TGA的测试结果，由于在醇酸树脂中引入POSS，改性后的树脂分解温度和残碳率均高于未改性的醇酸树脂。
表1 GPOSS和改性醇酸的热失重分析数据
3应用性能测试
作者将制作好的漆膜放置24小时后进行性能测试，具体测试结果如表2所示。
表2 GPOSS和改性树脂成膜后的性能
由于脂肪族长链在聚合物网络结构中提供的柔韧性，使得GPOSS改性树脂的漆膜弯曲2mm也没有出现裂纹。改性树脂的漆膜在玻璃和金属表面均表现出良好的附着力。随着GPOSS改性比率的提高，漆膜的耐碱性有很大的提高。但当GPOSS改性比率提高至7%时，漆膜表面的粗糙度太大，已经不适合用于一般的表面涂层。最终确定，GPOSS改性比率在5%的树脂配方，可以作为一款有机无机杂化涂层材料。
结论Sibel Sogukkanli等人将GPOSS对醇酸树脂进行改性，在不影响柔韧性的基础上，提高了涂层的耐水性和耐酸碱性。
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