CN103483565B

CN103483565B - 一种tgic固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂及其合成方法

Info

Publication number: CN103483565B
Application number: CN201310328403.4A
Authority: CN
Inventors: 李勇; 顾宇昕; 何涛; 刘亮; 许佐航
Original assignee: Guangzhou Kinte Industrial Co Ltd
Current assignee: Qingtian Material Technology Co., Ltd
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: CN103483565A

Abstract

本发明公开了一种TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂，由以下重量百分比的组分经熔融缩聚反应得到：多元醇29～45%、芳香多元酸45～65%、酸解剂5～15%、酯化催化剂0.01～0.15%。该聚酯树脂具有合适的结晶度、较高的熔点和较低的粘度、优异的存储稳定性，制备的粉末涂料具有极其优异的流平性能和机械性能、涂层基本无桔皮。本发明还公开了该TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂的合成方法。

Description

一种TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂及其合成方法

技术领域

本发明涉及一种粉末涂料用半结晶聚酯树脂，尤其涉及TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂。本发明还涉及该半结晶聚酯树脂的合成方法。

背景技术

粉末涂料经过多年的发展取得了长足的进步，市场份额和应用领域逐年扩大，但是粉末涂料本身也存在结构性的缺陷，其中最根本的原因是由于粉末涂料中最关键组分聚酯树脂所致的，传统粉末涂料主要使用无定形聚酯树脂，无定形聚酯树脂的一个显著特点是其玻璃化温度与熔融粘度呈现出正相关性，即粘度越大，玻璃化温度越高。而对于粉末涂料则期望聚酯树脂有较高的玻璃化温度保证存储稳定性，又希望聚酯树脂具有较低的熔融粘度，这样粉末涂料固化时聚酯树脂对颜填料就具有更好的润湿性能，从而获得具有更好流平性能的涂层。同时较低的熔融粘度又能够降低固化温度，可以起到降低固化所需能耗作用。传统无定形聚酯树脂无法同时满足较高的玻璃化温度和较低的熔融粘度的要求，因此，人们借鉴了半结晶聚合物的理化特性，合成半结晶聚酯树脂，有效解决了无定形聚酯树脂无法同时满足较高的玻璃化温度和较低熔融粘度的问题。

Eastman公司专利EP0070118公开了一种端羟基半结晶聚酯树脂的合成方法，该专利主要采用1,6~己二醇为多元醇单体，产品最终羟值为70~100mgKOH/g。美国专利US6184311B1公开了用苯二甲酸、1，10~葵二醇和丁二酸合成酸值为69mgKOH/g半结晶聚酯树脂的方法，该配方研究了10个碳原子的脂肪族二元醇对聚酯结晶性倾向的影响。美国专利US2006/0009591A1公开了用己二醇、十二烷二酸、偏苯三酸酐合成了酸值为76mgKOH/g、粘度650mpa.s（200℃）半结晶聚酯树脂的方法，该专利合成的半结晶聚酯树脂与无定形聚酯树脂按1:4搭配可实现130℃/20~25min固化。中国专利CN102627755A公开了一种半晶形低粘度高韧性粉末涂料用聚酯树脂的合成方法，该专利合成的半结晶聚酯树脂主要用于制备70/30环氧固化形及95/5 Primid固化形粉末涂料。

此外，有研究发现当固定醇酸比后1,4~环己烷二甲醇的用量超过醇摩尔数4.5%后结晶度趋于稳定，结晶度基本稳定在0.38，当三羟甲基丙烷的含量超过醇摩尔量的0.45%时，聚酯树脂的结晶度迅速下降，破坏聚酯的结晶性倾向。而滑石粉、离子聚合物Surlyn及苯甲酸钠对聚酯结晶行为的影响，三种成核助剂都能够促进结晶，其中苯甲酸钠的效果最好，但三种成核助剂都不改变聚酯的结晶结构，随着聚合物Surlyn 含量的增加先是促进了PET 的结晶，当Surlyn 的含量达到3.5%时PET 的成核效果最好，而当Surlyn含量进一步增加时 PET 的结晶反而被抑制。

发明内容

本发明的目的是提供一种TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂，该聚酯树脂具有合适的结晶度、较高的熔点和较低的粘度、优异的存储稳定性，用其制备的粉末涂料具有极其优异的流平性能和机械性能，形成的涂层基本无桔皮。

本发明的另一目的在于提供上述TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂的合成方法。

本发明提供的TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂，酸值为30～36mgKOH/g，结晶度为0~60%（XRD），熔点为100～130℃（DSC），200℃熔融粘度为400～3000mPa∙s，数均分子量为3000～7000，由以下重量百分比的组分经熔融缩聚反应得到：

多元醇 29～45%

芳香多元酸 45～65%

酸解剂 5～15%

酯化催化剂 0.01～0.15%。

本发明的组分中还包括以下重量百分比的组分：

支化剂 0~2%，但不为零

脂肪多元酸 0～12%，但不为零。

上述组分中，所述的多元醇为1,5-戊二醇和1,6-己二醇中的一种或两种的混合物；所述的芳香多元酸为对苯二甲酸和间苯二甲酸中的一种或两种的混合物；所述支化剂为三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷或季戊四醇；所述的脂肪多元酸为己二酸、1,4-环己烷二甲酸和1,12-十二烷二酸中的一种或几种的混合物；所述的酸解剂为间苯二甲酸、己二酸、1,4-环己烷二甲酸和1,12-十二烷二酸中的一种或几种的混合物；所述的酯化催化剂为有机锡类化合物，包括单丁基氧化锡、二丁基氧化锡。

本发明的组分中还包括促进剂、抗氧剂等助剂，它们适当添加即可。

上述TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂的合成方法，包括以下步骤：

(1) 在反应釜中，加入配比量的多元醇，加热升温至物料熔化；然后依次加入配比量的芳香多元酸和酯化催化剂，通氮气继续升温反应，至180℃酯化水开始生成并馏出；

(2) 逐渐升温至250℃，达到250℃后保温2~5小时；

(3) 从投完料开始共计反应8～13小时至95%的酯化水排出后，取样检测酸值达到10～20mgKOH/g后反应达标，然后加入酸解剂反应3～5h，酸值达到38～45mgKOH/g，抽真空缩聚约1～4h，酸值达到30～36mgKOH/g后降温，即可得到TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂。

作为本发明的一个实施方式，当本发明根据不同目标产品结构需要增加支化剂和脂肪多元酸时，所述步骤(2)具体操作为：逐渐升温至250℃，达到250℃后，加入支化剂和脂肪多元酸，保温2~5小时。

作为本发明的另一个实施方式，所述步骤(3)中，在取样检测酸值达到10～20mgKOH/g后反应达标后，抽真空0.5~1h，然后再进行该步骤后续操作。

本发明方法合成的聚酯树脂酸值为30～36mgKOH/g，结晶度为0~60%（XRD），熔点为100～130℃（DSC），200℃熔融粘度为400～3000mPa∙s，数均分子量为3000～7000。本发明方法合成的聚酯树脂具有较高的熔点、较低的熔融粘度和良好的存储稳定，具有合适的结晶度，适合用作粉末涂料用聚酯树脂。与TGIC固化制成的粉末涂层具有优异的流平性能和机械性能、涂层外观基本没有桔皮。

采用本发明合成的半结晶聚酯树脂制备高流平粉末涂料的步骤为将合成的聚酯树脂分别与固化剂TGIC、填料、颜料及其他助剂按比例称好后混匀，经熔融挤出、冷却破碎、粉碎过筛制成粉末涂料即可。颜填料包括钛白粉、硫酸钡、碳酸钙等，其他助剂包括安息香、流平剂等。

附图说明

图1是聚酯树脂A与聚酯树脂C的流变曲线。

图2是聚酯树脂A与聚酯树脂C的XRD衍射谱图。

图3是聚酯树脂A和聚酯树脂C的DSC图。

具体实施方式

下面列举不同配方及工艺组合的具体实施例对本发明进行说明，表1为聚酯树脂的实施例，其中对比例A为粉末涂料用无定形聚酯树脂，用作参考树脂与本发明作对比。

对比例A：在10升反应釜中，加入表1所列配比量的新戊二醇，加热升温至物料熔化；然后依次加入对苯二甲酸、丁基锡氧化物，通氮气继续升温反应，180℃左右酯化水开始生成并馏出，然后逐渐升温至250℃，从投完料开始共计反应8～13小时至95%的酯化水排出后，酸值达到10～20mgKOH/g ，加入酸解剂间苯二甲酸，反应3～5h，酸值达到38～45mgKOH/g，抽真空缩聚约1～4h，酸值达到30～36mgKOH/g后降温至200℃，即可出料得到样品聚酯树脂。

实施例B~E：为本发明合成的半结晶聚酯树脂，合成工艺如下：在10升反应釜中，加入表1所列配比量的1,5~戊二醇或1,6~己二醇，加热升温至物料熔化；然后依次加入对苯二甲酸、丁基锡氧化物，通氮气继续升温反应，180℃左右酯化水开始生成并馏出，然后逐渐升温至250℃，从投完料开始共计反应8～13小时至95%的酯化水排出后，酸值达到10～20mgKOH/g ，加入酸解剂，反应3～5h，酸值达到38～45mgKOH/g，抽真空缩聚约1～4h，酸值达到30～36mgKOH/g后降温至200℃，即可出料得到样品聚酯树脂。

酸值：30～36mgKOH/g；熔点：100～130℃（DSC）； 200℃ 熔体粘度（ICI锥平板粘度计）：400～3000mPa·s；结晶度：0~60%（XRD）。

实施例F：在10升反应釜中，加入表1所列配比量的1,6~己二醇，加热升温至物料熔化；然后依次加入对苯二甲酸、丁基锡氧化物，通氮气继续升温反应，180℃左右酯化水开始生成并馏出，然后逐渐升温至250℃，从投完料开始共计反应8～13小时至95%的酯化水排出后，酸值达到10～20mgKOH/g 后抽真空1~2h，抽完真空酸值为5~8 mgKOH/g然后加入酸解剂，反应3～5h，酸值达到38～45mgKOH/g，抽真空缩聚约1～4h，酸值达到30～36mgKOH/g后降温至200℃，即可出料得到样品聚酯树脂。

实施例G：对于实例G其合成工艺如下：在10升反应釜中，加入表1所列配比量的1,6~己二醇，加热升温至物料熔化；然后依次加入对苯二甲酸、丁基锡氧化物，通氮气继续升温反应，180℃左右酯化水开始生成并馏出，然后逐渐升温至250℃，当反应釜内温达到250℃后加入配比量的三羟甲基丙烷再保温反应，从投完料开始共计反应8～13小时至95%的酯化水排出后，酸值达到10～20mgKOH/g 后加入酸解剂，反应3～5h，酸值达到38～45mgKOH/g，抽真空缩聚约1～4h，酸值达到30～36mgKOH/g后降温至200℃，即可出料得到样品聚酯树脂。

从图1可见，聚酯树脂A的流变曲线陡，粘度随温度变化较大，符合无定形聚合物流变曲线的特征，聚酯树脂C的流平曲线相对平缓，特别是180℃后粘度随温度变化小，一般来说，结晶聚合物的粘度在达到熔点后迅速下降，之后趋于平缓，本发明合成的聚酯树脂C其流变曲线基本符合含有一定结晶度的聚合物的流变曲线的特征。

图2是本发明中聚酯树脂A与聚酯树脂C的XRD衍射谱图，从图2可见，聚酯树脂A的XRD衍射谱图峰平且宽，呈现馒头状，是无定形聚合物典形的XRD衍射谱图，聚酯树脂C的XRD峰形尖且对称性好，是具有一定结晶度的聚合物的XRD衍射谱图。

从图3可见，聚酯树脂A只有一个吸热峰，该峰是聚酯树脂A的玻璃化转变区，说明聚酯树脂A是无定形聚合物，而聚酯树脂C则有两个吸热峰，其中第一个峰是玻璃化转变区，第二个峰则是聚酯树脂的熔融吸热峰，两个不同的吸热峰说明了聚酯树脂C是具有一定结晶度的聚合物。

由图1、图2及图3可见，本发明采取的配方及工艺是能够合成具有一定结晶度的聚酯树脂。所合成的半结晶聚酯树脂的性能可通过制成的粉末涂料的性能来体现。将合成的聚酯树脂A-G分别与TGIC、流平剂、钛白粉、硫酸钡、安息香、颜料等按表2中的比例称好后混匀，用螺杆挤出机熔融分别挤出、压片、破碎，然后将片料粉碎过筛制成粉末涂料（见对比例1、实施例2~7）。粉末涂料采用静电喷枪喷涂在经表面处理（磷化）的金属板上，经180℃/10min固化，再进行各种性能测试，性能测试结果如表2所示。

由表1～2及图1～3可知，本发明方法制备的半结晶聚酯树脂结晶度适宜、熔融粘度适中，制成的粉末涂层具有优异的流平性能及机械性能。

Claims

1.一种TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂，其特征在于，酸值为30～36mgKOH/g，结晶度为12.4~60%，熔点为100～130℃，200℃熔融粘度为400～3000mPa∙s，数均分子量为3000～7000，由以下重量百分比的原料经熔融缩聚反应得到：

多元醇 29～45%

芳香多元酸 45～65%

酸解剂 5～15%

酯化催化剂 0.01～0.15%；

所述的多元醇为1,5-戊二醇和1,6-己二醇中的一种或两种的混合物。

2.根据权利要求1所述的TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂，其特征在于，所述的芳香多元酸为对苯二甲酸和间苯二甲酸中的一种或两种的混合物；所述的酸解剂为间苯二甲酸、己二酸、1,4-环己烷二甲酸和1,12-十二烷二酸中的一种或几种的混合物；所述的酯化催化剂为单丁基氧化锡或二丁基氧化锡。

3.根据权利要求1或2所述的TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂，其特征在于，还包括以下重量百分比的原料：

支化剂 0~2%，但不为零

脂肪多元酸 0～12%，但不为零。

4.根据权利要求3所述的TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂，其特征在于，所述支化剂为三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷或季戊四醇；所述的脂肪多元酸为己二酸、1,4-环己烷二甲酸和1,12-十二烷二酸中的一种或几种的混合物。

5.权利要求1或2所述的TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2) 逐渐升温至250℃，达到250℃后保温2~5小时；

(3) 从投完料开始共计反应8～13小时至95%的酯化水排出后，取样检测酸值达到10～20mgKOH/g后反应达标，然后加入酸解剂反应3～5h，酸值达到38～45mgKOH/g，抽真空缩聚1～4h，酸值达到30～36mgKOH/g后降温，即可得到TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂。

6.根据权利要求5所述的TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂的合成方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在取样检测酸值达到10～20mgKOH/g后反应达标后，抽真空0.5~1h，然后再进行该步骤后续操作。

7.权利要求3或4所述的TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

(2) 逐渐升温至250℃，达到250℃后，加入支化剂和脂肪多元酸，保温2~5小时；

8.根据权利要求7所述的TGIC固化高流平粉末涂料用半结晶聚酯树脂的合成方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在取样检测酸值达到10～20mgKOH/g后反应达标后，抽真空0.5~1h，然后再进行该步骤后续操作。