CN103602135A - 一种粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂，其原料构成及重量份数如下：环氧丙烯酸酯树脂200～300份；过氧化二异丙苯2.0～2.5份；聚丙烯微粉125～150份；三苯基膦20～30份。本发明催化剂树脂适用于粉末涂料领域的室内和室外粉末涂料，主要催化羧基聚酯。使用该催化剂制得的热固性粉末涂料，喷涂后所形成的涂膜，能够使固化温度从180℃下降到140℃，而且具有良好的流平性能和装饰性能，提高了涂膜的外观装饰效果和施工的便利；同时提高了粉末涂料的抗干扰性、抗污染性和环境适应性；该催化剂节省了能源，降低了生产成本，提高了粉末涂料质量、拓宽了粉末涂料的应用领域，开启了该催化剂及制得的粉末涂料在新领域的应用。

Description

一种粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及粉末涂料用催化剂共聚物的合成制备，尤其是一种粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂及其制备方法。

背景技术

随着国家和社会对环保的日益重视，要求社会各行业，尤其是化工行业采取相应行之有效的措施减少和消除有害物质对环境的污染，提高生产效率，节省能源。粉末涂料因其具有100%无溶剂，无VOC（指挥发性有机化合物的排放）排放，几乎达到100%的利用率等特点而在涂料行业中占有特殊的地位，并取得迅速发展。但是，现有粉末涂料体系中存在着粉末涂料需高温固化，不仅浪费了大量的能源，而且提高了企业的生产成本。

通过检索，发现如下一篇与本发明专利申请相关的专利公开文献：

用于固化环氧树脂的改进的固化催化剂（CN1221759），公开了一种含有以下组分的配方:(1)咪唑与一种不饱和化合物的亲核加成加合物,该加合物中每分子含有1个以上咪唑片断;(2)一种环氧树脂,该配方的特征在于,该加合物中有少于50%(当量)咪唑片断被酸中和。该加合物在高温固化或低温固化中用作固化催化剂。配方以粉末涂料形式被制备和涂覆,用作涂层或作为层压制品的基质树脂。它可用于溶剂体系或液体体系。

通过对比，上述专利公开文献与本发明专利申请存在本质的不同。

发明内容

本发明目的在于克服现有粉末涂料体系中需高温固化的不足之处，提供一种粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂，使用该催化剂与粉末涂料其他材料配伍所制得的粉末涂料具有较低的固化温度、极佳的流平性能和良好的机械性能、较好的抗污染施工便利性；同时，该粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂可以使用双螺杆熔融固相淤浆聚合法“GMA+PS+PPR+TPP”制备得到，方便简单、操作方便，大大降低了企业的生产成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂，其原料构成及重量份数如下：

而且，所述环氧丙烯酸酯树脂为甲基丙烯酸缩水甘油聚苯乙烯羟乙酯，是由甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸等单体在过氧化二异丙苯催化作用下共聚而成的透明颗粒状树脂，软化点95-116℃，玻璃化温度54～65℃，环氧当量550～650g/mol，羟基值50±5mgKOH/g。

而且，所述聚丙烯微粉的平均粒径为1～5μm。

如上所述的粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂的制备方法，步骤如下：

⑴将环氧丙烯酸酯树脂、过氧化二异丙苯、聚丙烯微粉准确称量，投入预混合搅拌机中常温搅拌混合5～8分钟，出料，得到混好的物料；

⑵将熔融挤出机一、二、三、四段温度控制在设定范围内，一段温度0～40℃，二段温度150～180℃，三段温度200～220℃，四段出料口温度180～120℃，升温时间30±5分钟，然后整个挤出过程中各段温度均需维持在设定范围内；

⑶将步骤⑴中混好的物料倒入料斗中，开启挤出机螺杆，待转速250～400转/分钟恒定后，开启送料螺旋，将物料送至螺杆内，物料在机械剪切力和各段设定的高温下熔融挤出；然后将三苯基膦送入第四段进口处，与前三段来料熔融混炼，得熔融物，然后将熔融物押片、冷却、破碎、包装，即得粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明催化剂树脂适用于粉末涂料领域的室内和室外粉末涂料，主要催化羧基聚酯。使用该催化剂制得的热固性粉末涂料，喷涂后所形成的涂膜，能够使固化温度从180℃下降到140℃，而且具有良好的流平性能和装饰性能，提高了涂膜的外观装饰效果和施工的便利；同时提高了粉末涂料的抗干扰性、抗污染性和环境适应性；该催化剂节省了能源，降低了生产成本，提高了粉末涂料质量、拓宽了粉末涂料的应用领域，开启了该催化剂及制得的粉末涂料在新领域的应用。

2、本发明催化剂的玻璃化温度在50°～60°，可以使粉末涂料有更好的储存性，尤其避免了粉末涂料在夏季结块的现象发生。三苯基膦本身是聚酯的相转移催化剂，催化效果显著，是主要的功能性催化剂。

3、本发明制备方法采用熔融嵌段聚合法，合成过程无工业三废污染，合成过程半联动，适合大批量不间断生产；整个熔融和混炼过程温度全程自控，反应热被冷却夹套中的循环水带走，混控灵敏，大大降低了高温状态副反应的发生，使产品的分子量更均匀，分子更趋向线性，最大限度地减少了支链反应，不使生成体型分子，从而降低了粘度，达到了超流平效果。

4、本发明制备方法采用一步熔炼淤浆加聚反应法，从投料入螺杆到产成品排出螺杆仅需35～200秒钟，大大降低了副反应的发生，使产品能够均匀嵌段，不会发生暴聚现象，使得合成的催化剂具有较低的熔融黏度和相对较高的玻璃化温度，通过与环氧树脂搭配可以得到表面效果很好的涂层，并且具有优良的机械性能。

5、本发明制备方法中的过氧化二异丙苯在完成使命后，自身分解并从排气预留孔排出，成品无残留，避免了后期使用时再发生不利反应，保证了将聚丙烯嵌段接枝到GMA缩水甘油基羟乙酯分子上，所形成的新分子能兼顾二者的优点：聚丙烯助流平、增硬、滑爽，A-241则抗污染、降表面张力、助流平、防粉末结块、增强带电性等。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为常规方法；本发明所使用的试剂，如无特殊说明，均为常规的市售产品。

本发明的总体思路为：

本发明粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂可以使用双螺杆熔融固相淤浆加成聚合“GMA+PS+PPR+TPP”制备得到，原料为大日本油墨化工株式会社生产的FINEDICA-241（Acrylic Additive Resin）、过氧化二异丙苯（DCP）、聚丙烯微粉（PPR）、三苯基膦（TPP）。制备方法：在双螺杆同向挤出机加热熔融混炼状态下（一段温度0～40度，二段温度150～180度，三段温度200～220度，四段出料口温度180～120度）（整个挤出过程中各段温度均需控制在规定范围内），在过氧化二异丙苯催化作用下，FINEDICA-241（Acrylic Additive Resin）与无规聚丙烯在固相熔融状态下发生淤浆加成聚合(嵌段)化学反应，在挤出混炼末段（第四段）再加入三苯基膦相转移催化剂混炼，得到的熔融物经过押片、粉碎，即成为粉末涂料专用抗干扰低温固化催化剂。

本发明中所使用的FINEDIC A-241，是一种多官能团丙烯酸树脂，供应商是大日本油墨化工。这款树脂是由甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA、苯乙烯PS、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸等单体在过氧化二异丙苯催化作用下共聚而成的透明颗粒状树脂，软化点95-116℃，玻璃化温度54～65℃，环氧当量550～650g/mol，羟基值50±5mgKOH/g。

本发明中所使用的过氧化二异丙苯（DCP），白色晶体，分解温度120～125℃，升华温度100℃(26.7Pa)，活性氧含量5.9%，活化能169.99kJ/mol。闪点133℃。室温下稳定，见光逐渐变成微黄色。不溶于水，溶于乙醇、乙醚、乙酸、苯和石油醚。活性氧含量5.92%(纯度100%)，5.62%(纯度95%)。溶于苯中半衰期：171℃：1min；117℃：10h；101℃：100h。是一种强氧化剂。可燃。在熔融混炼前期对聚丙烯PS起催化作用，促进其产生自由基，以利于下一步的接枝反应，后期自身分解，防止三苯基膦加入后副反应产生。其分子结构式为：

过氧化二异丙苯（DCP）可以为市售工业纯强氧化引发剂。

本发明中所使用的聚丙烯微粉（PPR），白色粉末状（平均粒径1--5μm），熔点：140～150℃；分子量3000～10000，结构不规整、内聚力低，其作用主要是促进涂膜丰满度、平滑、增硬、提升饱和度、清澈度、干粉带电性，促进粉末流动性，同时能对抗粉末存贮结块。无规PP共聚物对酸、碱、醇、低沸点碳氢化合物溶剂及很多有机化学品的作用有很强的抵抗力，无规PP共聚物比PP均聚物的挠曲性好，抗冲击性能进步，透明度更好。无规聚合降低了熔化温度，从而也降低了热熔接温度。其分子链结构形式如下：

无规聚丙烯微粉可以使用南京天诗新材料科技有限公司的聚丙烯蜡NEW-0404产品。

本发明中所使用的三苯基膦（TPP），是一种特殊的相转移催化剂，外观是白色松散粉末状，易溶于醇、苯和三氯甲烷；微溶于酯；几乎不溶于水，熔点80.5℃；沸点377℃(91kPa)；闪点(开杯)180℃；三苯基膦广泛用于医药、农药、染料、香料、感光化学品、聚合物催化剂等众多领域。主要催化聚酯树脂的羧基，使其更易与其他基团发生化学交链反应，其分子结构式如下：

三苯基膦（TPP）可以为浙江肯特化学助剂公司市售产品。

实施例1

一种粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂，其原料构成组分及其重量份数如下：

上述粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂可以使用双螺杆熔融固相淤浆加聚法制备，其具体的制备步骤如下：

⑴挤出设备工艺参数调整到位、处于灵敏自控状态；

一、二、三、四段温度控制在设定范围内：一段温度0～40℃，二段温度150～180℃，三段温度200～220℃，四段出料口温度180～120℃，并能通过电加热棒和循环冷却水灵敏自控温度，温度控制是通过间歇式电加热和水冷方式，以及电脑自控装置实现灵敏控制；

⑵物料称量准确、预混均匀

将FINEDIC A-241、过氧化二异丙苯DCP、聚丙烯三种固体物质按配方重量称量，投入预混合搅拌机中混5～8分钟，出料备用；

同时将称量好的三苯基膦干粉倒入二次加料斗中，挤出时用计量送料螺杆直接加入第四段入口，与前三段物料混炼均匀；

⑶开启押片机设备，因其为通用设备，不作详述；

⑷开启双螺杆挤出机，将主电机转速调到250～400转/分钟，转速与送料大小、物料停留时间、电机电流大小相互配合默契，开启主送料电机和二次送料电机，将全部物料按上述描述的合适工艺参数挤出得熔融物，然后将熔融物押片、冷却、破碎、包装，即得粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂。

该粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂的使用方法及检测结果:

将本发明挤出料片颗粒，按配方中聚酯重量的2--7%称量，与其他物料搅拌混合、通过双螺杆挤出机熔融挤出、押片、冷却、超微粉碎，200目过筛、静电喷涂于0.3～0.5mm厚的钢板上，放入相应温度的烤箱内烘烤对应的时间，然后取出检测，结果见表1。

表1本发明催化剂制作的粉末涂料的指标检测结果

通过上述系列实验比对，本发明催化剂显著降低了固化温度，或者缩短了固化时间，所得的涂层性能亦能达到理想要求，具有节能的现实意义。

实施例2

上述粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂的制备方法，步骤如下：

⑴将FINEDIC A-241、过氧化二异丙苯、聚丙烯微粉（平均粒径1--5μm）准确称量，投入预混合搅拌机中混合5～8分钟（常温搅拌），出料，得到混好的物料；

⑵将熔融挤出机（同向双螺杆挤出机）一、二、三、四段温度控制在设定范围内，一段温度0～40℃，二段温度150～180℃，三段温度200～220℃，四段出料口温度180～120℃，整个挤出过程各段温度需维持在范围内；

⑶将步骤⑴中混好的物料倒入料斗中，开启挤出机螺杆，待转速（250—400转/分钟）恒定后，开启送料螺旋，将物料送至螺杆内，物料在机械剪切力和各段设定的高温下熔融挤出；然后将三苯基膦送入第四段进口处，与前三段来料熔融混炼，得熔融物，然后将熔融物押片、冷却、破碎、包装，即得粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂。

上述粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂的使用方法同实施例1。

本发明粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂的相关产品技术指标如下：

1）外观：白色或浅黄色透明片状固体；

2）固含量：≥99.7%；

3）软化点：100°～125°

4）粘度：75～90mPa.s(175°)

本发明粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂的实际应用效果：

经过实际应用，本发明粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂的性能优异，确实在涂膜流平性能上帮助很大，涂层光洁饱满，符合项目要求，获得使用者认可。因此，使用该催化剂所制备得到的粉末涂料的固化温度能轻易地从180度15分钟下降到140度15分钟，而所得涂层的物理和化学性能经检测，均有所提高，而且也避免了北方冬季温度低时涂层固化不良现象。同时，每吨粉节约燃料成本约2000元左右。

Claims (4)

1.一种粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂，其特征在于：其原料构成及重量份数如下：

2.根据权利要求1所述的粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂，其特征在于：所述环氧丙烯酸酯树脂为甲基丙烯酸缩水甘油聚苯乙烯羟乙酯，是由甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸等单体在过氧化二异丙苯催化作用下共聚而成的透明颗粒状树脂，软化点95-116℃，玻璃化温度54～65℃，环氧当量550～650g/mol，羟基值50±5mgKOH/g。

3.根据权利要求1所述的粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂，其特征在于：所述聚丙烯微粉的平均粒径为1～5μm。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂的制备方法，其特征在于：步骤如下：

⑴将环氧丙烯酸酯树脂、过氧化二异丙苯、聚丙烯微粉准确称量，投入预混合搅拌机中常温搅拌混合5～8分钟，出料，得到混好的物料；

⑵将熔融挤出机一、二、三、四段温度控制在设定范围内，一段温度0～40℃，二段温度150～180℃，三段温度200～220℃，四段出料口温度180～120℃，升温时间30±5分钟，然后整个挤出过程中各段温度均需维持在设定范围内；

⑶将步骤⑴中混好的物料倒入料斗中，开启挤出机螺杆，待转速250～400转/分钟恒定后，开启送料螺旋，将物料送至螺杆内，物料在机械剪切力和各段设定的高温下熔融挤出；然后将三苯基膦送入第四段进口处，与前三段来料熔融混炼，得熔融物，然后将熔融物押片、冷却、破碎、包装，即得粉末涂料用抗干扰低温固化催化剂。