第一节 醇酸树脂发展史
一、醇酸树脂定义
醇酸树脂是由多元醇、多元酸和一元酸(植物油)缩聚成的一种线型树脂,这是一种通用的定义。从分子结构分析,醇酸树脂可认为是以多元醇与多元酸反应生成的酯键为主链,以一元酸为侧链的线型树脂。后面还将谈到另一个定义:一元酸(植物油)改性的聚酯树脂。
二、醇酸树脂发展史
1.国外醇酸树脂发展简史
涂料工业是在手工作坊生产模式上发展起来的,在初期阶段,在敞口的铁锅里,加入植物油(桐油、亚麻油等干性油),明火加热,人工用铁棒或木棒搅拌(后改为机械搅拌),用“看丝”方法操控(取熬炼的热油滴于玻璃板上,用手指沾蘸拉丝,用丝的长短、软硬来判断热炼的终点)。此后,原料增加了松香酯、松香改性酚醛树脂、天然沥青,但在较长时间里,仍是明火、敞锅热炼工艺,“看丝”控制终点。凭经验确定配方与生产操作规程,难以摆脱手工作坊式、间歇式生产模式,更谈不上自动化、规模化生产。随着社会生产发展和人民生活水平提高,以天然树脂和植物油为基础的油基涂料性能不能满足要求,促使人们研究与开发涂料新品种。在20世纪初,农副产品的丰富和煤化工的初步发展,为涂料合成树脂发展提供了前提。
多元醇和多元酸发生缩合反应生成树脂早已为人所知。据记载,1847年,Berzelius最早用酒石酸(2,3-二羟基丁二酸)与甘油缩合制成树脂,即最早的聚酯树脂。1901年,Watson Smith首次用邻苯二甲酸酐与甘油缩合制成硬脆的透明聚合物,但不具实用价值。此后,美国通用电气公司对这种树脂进行了深入研究,发现用一元酸部分取代邻苯二甲酸酐,则所得的缩合产品的柔韧性和溶解性得到改善。1927年,该公司的Kienle研制出不饱和脂肪酸的邻苯二甲酸甘油酯,这标志着醇酸树脂正式产生。由此可见,醇酸树脂的另一个定义是一元酸改性的聚酯树脂。
醇酸树脂的问世,是按等效化学基团反应原理,按凝胶点理论,科学设计树脂配方;用化学分析法准确测定树脂黏度、酸值控制反应终点。醇酸树脂涂料的综合性能好,优于以往实际生产的所有涂料品种。它的出现是涂料生产迈向现代化大生产模式的里程碑。在20世纪50~60年代,醇酸树脂曾占国外涂料市场的90%以上的份额。即使在其他合成树脂高度发展的现在,醇酸树脂在全球仍占工业涂料树脂的40%以上。
2.国内醇酸树脂发展历程
(1)从无到有
新中国成立后的三年经济恢复时期(1950~1952年),天津、上海、沈阳、大连等相继开始试制醇酸树脂。在第一个五年计划时期(1953~1957年),醇酸树脂的发展得到了前苏联的援助,对中国提供了甘油型的中油度醇酸树脂和季戊四醇型的长油度醇酸树脂的配方(当时按俄语译音为“格里夫他”和“般他夫他”)。天津永明油漆厂(现天津灯塔涂料公司的前身)等厂家通过消化吸收,在1957年前后试制成功醇酸树脂,最早是用熔融法生产。
(2)工艺和设备改进
1964年前后,国内醇酸树脂正式改为溶剂法生产工艺,减少熔融法生产工艺中邻苯二甲酸酐的损失,提高树脂质量和工艺稳定性,这是醇酸树脂生产工艺的重大技术进步。为稳定与提高溶剂法生产醇酸树脂质量,1965年原化工部在天津油漆厂组织了醇酸树脂工艺改进的会战,由原化工部天津化工研究院醇酸树脂科研组和天津油漆厂的有关科技人员组成技术会战组,掌握了醇解终点控制、树脂透明度、涂膜光泽、干率、硬度等的影响因素,成果逐步在全国推广,对醇酸树脂质量提高起了指导作用。
醇酸树脂合成工艺一般在200℃以上的高温下进行,在发展初期,生产多采用直接火加热,污染大,传热不均匀;以后逐步改为通过电加热反应釜夹套中导热油实行间接加热反应物,优于直接火加热。1969年,原化工部在兰州建成西北油漆厂,设计并制造电感加热生产醇酸树脂的4.5m3反应釜,实行管道化、机械化、半自动化生产工艺,并试用成功。提高了生产安全性和质量稳定性。成为当时国内比较先进的加热方式和较大容量的反应釜。
(3)引进设备和工艺技术
在改革开放的第三年——1980年,北京油漆厂(现红狮漆业公司的前身)从日本涂料公司引进一套醇酸树脂生产设备,包括一个12m3的反应釜(以往国内最大反应釜在5m3以下),以及配套的稀释釜、一套自动化程度较高的热媒炉加热系统、过滤装置,一次生产醇酸树脂12t,年产能4500t,可制醇酸树脂涂料20000t,为稳定醇酸树脂质量起了较好作用。接着,沈阳、杭州、大连、重庆、郑州等的油漆厂,先后从国外引进类似的醇酸树脂生产装置,有的反应釜达到15m3和20m3,生产效率大为增加,自动化程度提高,大大推进了国内醇酸树脂的发展。
(4)醇酸树脂品种发展
醇酸树脂所用的原料包括多元醇、多元酸、植物油(一元酸),得到较大发展,促进了醇酸树脂品种的发展,不同的植物油脂、不同油度的醇酸树脂得到最大范围推广。从20世纪80年代开始,逐步采用专业生产的混合植物油脂肪酸为原料,采用脂肪酸法生产,缩短了反应时间,使树脂分子量分布均匀和窄化,提高了产品质量。用混合脂肪酸为原料的醇酸树脂占比逐步增加到80%左右。植物油脂肪酸的原料来自生产油脂的下脚料和不适合食用的棉籽油,减少食用油的用量,扩大了原料来源。
醇酸树脂与许多化工单体和树脂复合改性,发展了质量更高的新产品,进一步扩大了醇酸树脂的应用范围;低污染化醇酸树脂也得到了一定发展。提高了醇酸树脂竞争发展的生命力。