CN109306201A - 一种耐高温、耐水煮型流平剂及其制备粉末涂料的用途 - Google Patents

一种耐高温、耐水煮型流平剂及其制备粉末涂料的用途 Download PDF

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Abstract

本发明属于粉末涂料合成技术领域，具体涉及一种耐高温、耐水煮型流平剂，并进一步公开其制备方法，以及制备粉末涂料的用途。本发明所述粉末涂料用流平剂，通过引入氟代单体原料2‑(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯，极大地提高了该流平剂的耐高温及抗黄变效果；而10‑羟基‑2‑癸烯酸及甲基丙烯醇的引入，使最终流平剂产品中同时带有羟基和羧基，极大提高了与聚酯树脂及环氧树脂的相容性，使得流平剂在粉末涂料固化时候可以参与反应，使其在高温水煮时不易流失，能更好地改善粉末涂料涂膜的表面缺陷，提高流平效果，以制得耐高温、耐水煮的粉末涂料涂膜。

Description

一种耐高温、耐水煮型流平剂及其制备粉末涂料的用途
技术领域
本发明属于粉末涂料合成技术领域，具体涉及一种耐高温、耐水煮型流平剂，并进一步公开其制备方法，以及制备粉末涂料的用途。
背景技术
粉末涂料是一种不含有机溶剂的100％固体粉末，它与油性涂料和水性涂料不同，涂装时不以溶剂或水作为分散介质，而是以空气作为分散介质，均匀地涂覆在工件表面，经加热后形成一层具有特殊用途的涂膜的一种新型环保涂料。粉末涂料具有无VOC、环保、节能、施工效率高与应用范围宽等优点，并以其经济、环保、高效和性能卓越等优点，正逐渐替代有机溶剂型涂料，成为涂料行业中的重要发展方向，一直保持着较快的增长速度。
但多数粉末涂料在喷涂中会出现诸如缩孔、针孔、流挂等诸多弊病，因此，流平剂作为粉末涂料常用的一种助剂，能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜。目前，流平剂设计应保证具有以下三个功能：(1)降低涂料与基材之间的表面张力，使涂料与基材具有最佳的润湿性，即减少因溶剂挥发导致的张力梯度，以相容性受限制的长链树脂为主要组成物，常有的有聚丙烯酸酯类、粗丁纤维素类；(2)能调整溶剂的挥发速度，降低粘度、提高涂料的流动性，在溶剂性涂料中常以芳烃、酮类、酯类或多官能团的高沸点溶剂混合物为主要组成；(3)在漆膜表面能形成单分子层，以提供均一的表面张力。
目前的粉末涂料用的流平剂一般都是丙烯酸丁酯的均聚物，被称为通用型流平剂，用于一般的粉末涂料有较好的消除表面缺陷，改善流平性的效果。然而，由于丙烯酸丁酯均聚物不含活性官能团，其在粉末涂料固化过程中不参与粉末涂料各组分的反应，导致该流平剂在高温水煮过程中易从涂膜表面流失导致涂层的耐水煮性能不足；同时，由于丙烯酸丁酯的自身耐高温性能一般，形成的涂膜在长时间高温烘烤容易发生黄变、失光等情况，不适合用于耐高温的粉末涂料领域；再者，目前的通用型流平剂聚丙烯酸丁酯一般都是采用釜式反应器进行反应的，传质效率低导致反应时间过长，一般都需要4-8h，导致最终产品往往分子量分布不均匀、颜色发黄等影响最终应用效果。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种耐高温、耐水煮型流平剂，以解决现有技术中常规流平剂耐高温及耐水煮性能较差的问题。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种耐高温、耐水煮型流平剂，以所述流平剂的制备原料总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：
丙烯酸丁酯30-60mol％；
2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯8-18mol％；
10-羟基-2-癸烯酸10-20mol％；
甲基丙烯醇5-16mol％；
有机溶剂15-30mol％。
优选的，所述的耐高温、耐水煮型流平剂，以所述流平剂的制备原料总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：
丙烯酸丁酯45mol％；
2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯12mol％；
10-羟基-2-癸烯酸14mol％；
甲基丙烯醇9mol％；
有机溶剂20mol％。
所述的耐高温、耐水煮型流平剂，还包括引发剂，所述引发剂的摩尔用量占所述制备原料总摩尔量的1-5mol％。
所述引发剂包括偶氮二异丁腈和/或过氧化二苯甲酰。
所述有机溶剂包括二甲苯和/或异丙醇。
本发明还公开了一种制备所述的耐高温、耐水煮型流平剂的方法，包括如下步骤：
(1)称取配方量的所述引发剂、有机溶剂、丙烯酸丁酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、10-羟基-2-癸烯酸及甲基丙烯醇，于室温下混合，备用；
(2)将所得混合物加热至110-140℃进行反应，回收所述有机溶剂，冷却放料，即得。
进一步的，所述流平剂的制备于刮板式薄膜蒸发器中进行。
刮板式薄膜蒸发器，又称旋转薄膜蒸发器或搅拌薄膜蒸发器，刮板式薄膜蒸发器由于其自身的卓越的性能，在化工、轻工、食品、制药以及环保等行业得到了广泛的应用，特别适用于高粘度和易结晶、结垢、热敏性的物料。但目前，国内采用薄膜蒸发器主要是用来蒸馏回收溶剂，提纯等作用，而用来做反应器的文献报道极少。
本发明还公开了所述的流平剂用于制备粉末涂料的用途。
进一步的，所述粉末涂料为TGIC体系粉末涂料。
本发明还公开了一种耐高温、耐水煮型粉末涂料，所述粉末涂料的制备原料包括所述的流平剂。
本发明所述粉末涂料用流平剂，以丙烯酸丁酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、10-羟基-2-癸烯酸、甲基丙烯醇为制备原料进行聚合得到。所述流平剂通过引入氟代单体原料2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯，极大地提高了该流平剂的耐高温及抗黄变效果；而10-羟基-2-癸烯酸及甲基丙烯醇的引入，使最终流平剂产品中同时带有羟基和羧基，极大提高了与聚酯树脂及环氧树脂的相容性，使得流平剂在粉末涂料固化时候可以参与反应，使其在高温水煮时不易流失，能更好地改善粉末涂料涂膜的表面缺陷，提高流平效果，以制得耐高温、耐水煮的粉末涂料涂膜。
本方案所述流平剂的制备工艺首次创新式的采用刮板式薄膜蒸发器进行反应，该反应器具有传质效率高、反应时间快的优势，大大缩短了整个反应的时间，防止了由于局部过热结焦而导致产品变黄；并且，采用刮板式薄膜蒸发器进行合成，使得反应的活性提高了，有助于催化剂的用量大大降低，反应的安全性也提高了，解决了常规普通釜式反应釜中反应容易导致产品变黄的缺陷，制得流平剂产品的分子量分布更为均匀，产品的应用性能更好，且更加绿色环保。
具体实施方式
实施例1
本实施例所述耐高温、耐水煮型流平剂，以所述流平剂的制备原料总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：
丙烯酸丁酯45mol；
2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯12mol；
10-羟基-2-癸烯酸14mol；
甲基丙烯醇9mol；
二甲苯有机溶剂20mol；
偶氮二异丁腈引发剂3mol。
本实施例所述耐高温、耐水煮型流平剂，以所述流平剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取配方量的引发剂、有机溶剂、丙烯酸丁酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、10-羟基-2-癸烯酸及甲基丙烯醇加入刮板式薄膜蒸发器的混合槽，于室温混合均匀后加入高位槽中备用；
(2)启动刮板式薄膜蒸发器，将刮板式薄膜蒸发器的温度缓慢加热至110-140℃，然后匀速缓慢加入高位槽中的混合液，加入速度刚好能使反应液通过刮板式薄膜蒸发器的时间为0.5-1h，反应整个过程中溶剂通过薄膜蒸发器被回收到回收罐中，最终产品则直接被输送到收集罐中冷却放料、装桶即可。
实施例2
本实施例所述耐高温、耐水煮型流平剂，以所述流平剂的制备原料总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：
丙烯酸丁酯31mol；
2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯18mol；
10-羟基-2-癸烯酸20mol；
甲基丙烯醇16mol；
异丙醇有机溶剂15mol；
过氧化二苯甲酰引发剂5mol。
本实施例所述耐高温、耐水煮型流平剂，以所述流平剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取配方量的引发剂、有机溶剂、丙烯酸丁酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、10-羟基-2-癸烯酸及甲基丙烯醇加入刮板式薄膜蒸发器的混合槽，于室温混合均匀后加入高位槽中备用；
(2)启动刮板式薄膜蒸发器，将刮板式薄膜蒸发器的温度缓慢加热至110-140℃，然后匀速缓慢加入高位槽中的混合液，加入速度刚好能使反应液通过刮板式薄膜蒸发器的时间为0.5-1h，反应整个过程中溶剂通过薄膜蒸发器被回收到回收罐中，最终产品则直接被输送到收集罐中冷却放料、装桶即可。
实施例3
本实施例所述耐高温、耐水煮型流平剂，以所述流平剂的制备原料总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：
丙烯酸丁酯60mol；
2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯8mol；
10-羟基-2-癸烯酸10mol；
甲基丙烯醇5mol；
异丙醇有机溶剂17mol；
偶氮二异丁腈引发剂1mol。
本实施例所述耐高温、耐水煮型流平剂，以所述流平剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取配方量的引发剂、有机溶剂、丙烯酸丁酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、10-羟基-2-癸烯酸及甲基丙烯醇加入刮板式薄膜蒸发器的混合槽，于室温混合均匀后加入高位槽中备用；
(2)启动刮板式薄膜蒸发器，将刮板式薄膜蒸发器的温度缓慢加热至110-140℃，然后匀速缓慢加入高位槽中的混合液，加入速度刚好能使反应液通过刮板式薄膜蒸发器的时间为0.5-1h，反应整个过程中溶剂通过薄膜蒸发器被回收到回收罐中，最终产品则直接被输送到收集罐中冷却放料、装桶即可。
实施例4
本实施例所述耐高温、耐水煮型流平剂，以所述流平剂的制备原料总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：
丙烯酸丁酯30mol；
2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯15mol；
10-羟基-2-癸烯酸15mol；
甲基丙烯醇10mol；
二甲苯有机溶剂30mol；
过氧化二苯甲酰引发剂3mol。
本实施例所述耐高温、耐水煮型流平剂，以所述流平剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取配方量的引发剂、有机溶剂、丙烯酸丁酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、10-羟基-2-癸烯酸及甲基丙烯醇加入刮板式薄膜蒸发器的混合槽，于室温混合均匀后加入高位槽中备用；
(2)启动刮板式薄膜蒸发器，将刮板式薄膜蒸发器的温度缓慢加热至110-140℃，然后匀速缓慢加入高位槽中的混合液，加入速度刚好能使反应液通过刮板式薄膜蒸发器的时间为0.5-1h，反应整个过程中溶剂通过薄膜蒸发器被回收到回收罐中，最终产品则直接被输送到收集罐中冷却放料、装桶即可。
对比例1
本对比例所述流平剂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有丙烯酸丁酯。
对比例2
本对比例所述流平剂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯。
对比例3
本对比例所述流平剂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有10-羟基-2-癸烯酸。
对比例4
本对比例所述流平剂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有甲基丙烯醇。
对比例5
本对比例所述流平剂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于整个反应过程于常规釜式反应器内进行。
实验例
分别取本发明实施例1-4及对比例1-5制得的流平剂，以现有的户外高流平TGIC体系粉末涂料配方为基准，研究流平剂产品对涂膜性能的影响，配方以重量份计如下：
并以现有技术中市售通用型丙烯酸丁酯均聚物流平剂代替本发明所述流平剂作为对比例6。
按照户外高流平TGIC体系粉末涂料将各物料混匀，用双螺杆挤出机挤出、压片、破碎，然后将片料粉碎过筛制成粉末涂料。粉末涂料采用静电喷枪喷涂在经表面处理后的马口铁基材上，经180℃/15min固化，即得涂料涂层。
涂层指标检测依据GB/T 21776-2008《粉末涂料及其涂层的检测标准指南》，上述实施例和对比例制得流平剂按照本发明提供的涂料配方制得涂料后测试其涂层性能结果如下表1中所示。
表1粉末涂料性能检测数据
样品 表观流平性 光泽(60°角) 涂膜耐沸水煮(2h) 涂膜耐高温(240℃/4h)
实施例1 优良 95 无失光 无黄变
实施例2 好 92 无失光 无黄变
实施例3 优良 94 无失光 无黄变
实施例4 优良 93 无失光 无黄变
对比例1 差 84 明显失光 轻微黄变
对比例2 一般 87 轻微失光 严重黄变
对比例3 一般 89 明显失光 明显黄变
对比例4 差 85 明显失光 明显黄变
对比例5 好 91 轻微失光 轻微黄变
对比例6 好 92 严重失光 明显黄变
从上表数据可知，由于本发明方法制得的流平剂产品中同时带有羟基和羧基，极大提高了与聚酯树脂及环氧树脂的相容性，在粉末涂料固化时候可以参与反应，在高温水煮时不易流失，能更好地改善粉末涂料涂膜的表面缺陷，提高流平效果，可以得到耐高温、耐水煮的粉末涂料涂膜。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种耐高温、耐水煮型流平剂，其特征在于，以所述流平剂的制备原料总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：
丙烯酸丁酯30-60mol％；
2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯8-18mol％；
10-羟基-2-癸烯酸10-20mol％；
甲基丙烯醇5-16mol％；
有机溶剂15-30mol％。
2.根据权利要求1所述的耐高温、耐水煮型流平剂，其特征在于，以所述流平剂的制备原料总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：
丙烯酸丁酯45mol％；
2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯12mol％；
10-羟基-2-癸烯酸14mol％；
甲基丙烯醇9mol％；
有机溶剂20mol％。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温、耐水煮型流平剂，其特征在于，还包括引发剂，所述引发剂的摩尔用量占所述制备原料总摩尔量的1-5mol％。
4.根据权利要求3所述的耐高温、耐水煮型流平剂，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁腈和/或过氧化二苯甲酰。
5.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温、耐水煮型流平剂，其特征在于，所述有机溶剂包括二甲苯和/或异丙醇。
6.一种制备权利要求1-5任一项所述的耐高温、耐水煮型流平剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取配方量的所述引发剂、有机溶剂、丙烯酸丁酯、2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯、10-羟基-2-癸烯酸及甲基丙烯醇，于室温下混合，备用；
(2)将所得混合物加热至110-140℃进行反应，然后回收所述有机溶剂，冷却放料，即得。
7.根据权利要求6所述的制备所述的耐高温、耐水煮型流平剂的方法，其特征在于，所述流平剂的制备于刮板式薄膜蒸发器中进行。
8.权利要求1-5任一项所述的流平剂用于制备粉末涂料的用途。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于，所述粉末涂料为TGIC体系粉末涂料。
10.一种耐高温、耐水煮型粉末涂料，其特征在于，所述粉末涂料的制备原料包括权利要求1-5任一项所述的流平剂。
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