CN109762148B - 一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粉末涂料领域，具体公开了一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，由以下重量百分比的原料制备而成：多元酸45%~55%；多元醇35%~45%；支化剂0.05%~0.1%；酸解剂8%~15%；酯化催化剂0.05%~0.1%；抗氧化剂0.1%~0.3%；固化促进剂1.0%~1.5%。本发明采用半结晶的合成设计思路，采用对称性的多元酸和多元醇，结合分步投料缩聚工艺和抽真空的工艺过程制备半结晶聚酯树脂，很好的控制了酸值和分子量，使其制成粉末涂料固化温度低，且具有优异的储存稳定性以及漆膜的流平性和柔韧性，还兼顾硬度、热储存、耐盐雾等性能。

Description

一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及粉末涂料领域，具体涉及一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂及其制备方法。

背景技术

粉末涂料以其经济、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。粉末涂料金属建筑材料也以其优异的耐久性、装饰性和加工成形性等特点，广泛应用于建筑物的各个方面。尽管粉末涂料的优点突出，但相对于液体涂料而言，通常热固性粉末涂料流平和固化温度较高(180℃～200℃)，固化时间较长(10～30min)。这样使得粉末涂料只能用于耐热的金属底材上，不适用于木质、纸质、塑料等热敏型底材，大大限制了粉末涂料的应用，同时，固化温度高、固化时间长也导致能耗较大，因此，研制低温固化粉末涂料便成为涂装行业的一个非常必要的研究方向。

实现粉末涂料低温固化有很大的技术难度。首先，粉末涂料的固化过程是一个低温潜伏性固化体系，假设该体系在较低温度的化学反应活性比较高，势必影响到粉末涂料在熔融挤出和贮存稳定性；其次粉末涂料用聚酷树脂和固化剂都是固体，且都有较高的软化点，在低温时，它们的熔融粘度太高，在低温固化过程中，成膜物质的流动性太差，难以流平，影响涂膜的外观。如果使用软化点较低的树脂和固化剂时，虽然可以降低在固化温度时的熔融粘度，但这样又使得粉末涂料的贮存稳定性变差，通常要低温冷藏保存，给使用带来了很多不便，因此寻求一种低温下具有较小的熔融粘度和好的流平性能，同时又具有较好的贮存稳定性能的树脂和固化剂是成功制备低温固化粉末涂料的关键。

目前市场上所使用低温固化粉末涂料用聚酯树脂都存在很大的缺陷，如附着力差，柔韧性差，漆面橘皮，储存稳定差，硬度低等。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种具有良好的附着力、流平性、柔韧性的户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂及其制备方法。

本发明采取的技术方案是，一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，由以下重量百分比的原料制备而成：多元酸45％～55％；多元醇35％～45％；支化剂0.05％～0.1％；酸解剂8％～15％；酯化催化剂0.05％～0.1％；抗氧化剂0.1％～0.3％；固化促进剂1.0％～1.5％。

本发明通过加入固化促进剂激活聚酯的反应活性，同时体系抗氧化性好，聚酯树脂能在低温状态下与其他化学成份反应从而形成涂膜，为实现粉末涂料的节能固化提供了保障。同时，由于体系加入了酯化催化剂并结合其多步缩聚工艺，有效地将产品的分子量控制在一个较窄的范围内，使产品具有较好的流平性能和储存稳定性。

所述多元酸为由对苯二甲酸与己二酸、癸二酸、1,4-环己烷二甲酸的一种或多种混合组成。

对苯二甲酸与其他多元酸的质量比为(15～30)∶1。

所述多元醇由乙二醇、一缩二乙二醇、聚四氢呋喃醚二醇、1,4-环己烷二甲醇、1,6-己二醇的一种或多种混合组成。优选所述多元醇包括聚四氢呋喃醚二醇。聚四氢呋喃醚二醇为树脂提供了优秀的韧性和附着力。

所述支化剂为异氰尿酸三缩水甘油酯。异氰尿酸三缩水甘油酯是一种杂环多环氧化合物，具有优良的耐热性、耐候性、耐光性、耐腐蚀性、耐化学药品性和机械性能。采用其作为聚酯粉末的支化剂能大大提高产品的附着性、户外耐久性和耐腐蚀性能。

所述酸解剂为偏苯三酸酐和异丙基三磷酸酯的一种或多种混合组成。选用羧基活性强的偏苯三酸酐制得的半结晶树脂具有很好的活性，配合固化促进剂，使得低温固化(130～150℃，15～30min)得以实现；采用异丙基三磷酸酯能为树脂提供了优秀的附着力、韧性和耐盐雾性。

所述酯化催化剂由单丁基氧化锡、二丁基二月桂酸锡、氯化亚锡和钛酸四丁酯的一种或多种混合组成。

所述抗氧化剂为亚磷酸三苯酯。

所述固化促进剂为氧化锌、三苯基膦、苄基三乙基氯化铵和2-苯基咪唑啉的一种或多种混合组成。

上述的户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂的制备方法，具体包括以下步骤：

S1：将多元醇加入反应釜中，升温到熔融状态，加入对苯二甲酸，在加入酯化催化剂和抗氧化剂，封釜升温，升温到回流温度，开始全回流半个小时，再开始通氮气和控制冷凝塔排除反应副产物水，逐步升温到235～240℃，开始保温到反应釜顶温降至70℃以下，取样检测，当酸值达到5～8mgKOH/g，降温到170℃，加入支化剂和剩下的多元酸，升温到230～235℃，保温到酸值为15～18mgKOH/g；

S2：降温到220℃，开始抽真空操作，反应釜的真空度小于-0.090MPa，同时跟踪测试酸值，酸值在3～6mgKOH/g范围内时停止抽真空操作，此时得到端羟基的半结晶聚酯树脂；

S3：降温到170℃加入酸解剂进行酸化，升温至210℃进行保温，同时跟踪测试酸值，酸值在68～75mgKOH/g；

S4：降温到170℃，加入固化促进剂，搅拌0.5小时，取样观察是否搅拌均匀，并测试酸值，酸值为68～75mgKOH/g合格后开始出料，即得乳白色半透明的半结晶聚酯树脂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用半结晶的合成设计思路，采用对称性的多元酸和多元醇，结合分步投料缩聚工艺和抽真空的工艺过程制备半结晶聚酯树脂，很好的控制了酸值和分子量，使其制成粉末涂料固化温度低(130～150℃，15～30min)，且具有优异的储存稳定性以及漆膜的流平性和柔韧性，还兼顾硬度、热储存、耐盐雾等性能。

(2)发明使用少量的支化剂，使其具有一定的网状结构来提高附着力和化学性能，同时还能保持较高的结晶度来保持其储存稳定性。

(3)本发明使用前期升温全回流工艺，让缩聚反应先进行一段时间，再排除副产物水，减少多元醇溶在水中被带出的量，减少原料损耗。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步详细地说明。

实施例1

本实施例提供了一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，该聚酯树脂是由多元酸、多元醇、支化剂、酸解剂、酯化催化剂、抗氧化剂和固化促进剂这些原料，经过合成工序、抽真空工序、酸解工序、复配工序，合成得到的乳白色半透明的半结晶聚酯树脂。

其中，具体合成配方如下：

上述户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂的制备方法具体为：

(1)合成工序：先将A组分中的多元醇投入反应釜中，升温到熔融状态(90～100℃)，加入A组分中的对苯二甲酸，在加入单丁基氧化锡和亚磷酸三苯酯，封釜升温，升温到回流温度(160～180℃)，开始全回流半个小时，再开始通氮气和控制冷凝塔排除反应副产物水，逐步升温到235～240℃，开始保温到反应釜顶温降至70℃以下，取样检测，酸值在5～8mgKOH/g，降温到170℃，加入B组分，升温到230～235℃，保温到酸值在15～18mgKOH/g。

(2)抽真空工序：降温到220℃，开始抽真空操作，反应釜的真空度小于-0.090MPa，同时跟踪测试酸值，酸值在3～6mgKOH/g时停止抽真空操作，此时得到端羟基的半结晶聚酯树脂。

(3)酸解工序：降温到170℃加入C组分进行酸化，升温至210℃进行保温，同时跟踪测试酸值，酸值在68～75mgKOH/g。

(4)复配工序：降温到170℃，加入D组分，搅拌0.5小时，取样观察是否搅拌均匀，并测试酸值，酸值在68～75mgKOH/g，合格后开始出料，即得乳白色半透明的半结晶聚酯树脂。

实施例2

本实施例本实施例提供了一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，该聚酯树脂是由多元酸、多元醇、支化剂、酸解剂、酯化催化剂、抗氧化剂和固化促进剂这些原料，经过合成工序、抽真空工序、酸解工序、复配工序，合成得到的乳白色半透明的半结晶聚酯树脂。

其中，具体合成配方如下：

上述户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂的制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例本实施例提供了一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，该聚酯树脂是由多元酸、多元醇、支化剂、酸解剂、酯化催化剂、抗氧化剂和固化促进剂这些原料，经过合成工序、抽真空工序、酸解工序、复配工序，合成得到的乳白色半透明的半结晶聚酯树脂。

其中，具体合成配方如下：

上述户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂的制备方法同实施例1。

实施例4

本实施例本实施例提供了一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，该聚酯树脂是由多元酸、多元醇、支化剂、酸解剂、酯化催化剂、抗氧化剂和固化促进剂这些原料，经过合成工序、抽真空工序、酸解工序、复配工序，合成得到的乳白色半透明的半结晶聚酯树脂。

其中，具体合成配方如下：

上述户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂的制备方法同实施例1。

实施例5

本实施例本实施例提供了一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，该聚酯树脂是由多元酸、多元醇、支化剂、酸解剂、酯化催化剂、抗氧化剂和固化促进剂这些原料，经过合成工序、抽真空工序、酸解工序、复配工序，合成得到的乳白色半透明的半结晶聚酯树脂。

其中，具体合成配方如下：

上述户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂的制备方法同实施例1。

实施例6

本实施例本实施例提供了一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，该聚酯树脂是由多元酸、多元醇、支化剂、酸解剂、酯化催化剂、抗氧化剂和固化促进剂这些原料，经过合成工序、抽真空工序、酸解工序、复配工序，合成得到的乳白色半透明的半结晶聚酯树脂。

其中，具体合成配方如下：

上述户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂的制备方法同实施例1。

对比例1

与实施例1相比，异氰尿酸三缩水甘油酯为0.4kg。

对比例2

与实施例1相比，异氰尿酸三缩水甘油酯为1.2kg。

对比例3(将多元酸一次加入参与反应)

与实施例1相比，具体合成配方如下：

上述户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂的制备方法具体为：

(1)合成工序：先将A组分中的多元醇投入反应釜中，升温到熔融状态(90～100℃)，加入A组分中的对苯二甲酸和己二酸，在加入单丁基氧化锡和亚磷酸三苯酯，封釜升温，升温到回流温度(160～180℃)，开始全回流半个小时，再开始通氮气和控制冷凝塔排除反应副产物水，逐步升温到235～240℃，开始保温到反应釜顶温降至70℃以下，取样检测，酸值在5～8mgKOH/g，降温到170℃，加入B组分，升温到230～235℃，保温到酸值在15～18mgKOH/g。

(2)抽真空工序：降温到220℃，开始抽真空操作，反应釜的真空度小于-0.090MPa，同时跟踪测试酸值，酸值在3～6mgKOH/g时停止抽真空操作，此时得到端羟基的半结晶聚酯树脂。

(3)酸解工序：降温到170℃加入C组分进行酸化，升温至210℃进行保温，同时跟踪测试酸值，酸值在68～75mgKOH/g。

(4)复配工序：降温到170℃，加入D组分，搅拌0.5小时，取样观察是否搅拌均匀，并测试酸值，酸值在68～75mgKOH/g，合格后开始出料。

对比例4(先酸解，再抽真空)

与实施例1相比，上述户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂的制备方法具体为：

(1)合成工序：先将A组分中的多元醇投入反应釜中，升温到熔融状态(90～100℃)，加入A组分中的对苯二甲酸和己二酸和，在加入单丁基氧化锡和亚磷酸三苯酯，封釜升温，升温到回流温度(160～180℃)，开始全回流半个小时，再开始通氮气和控制冷凝塔排除反应副产物水，逐步升温到235～240℃，开始保温到反应釜顶温降至70℃以下，取样检测，酸值在5～8mgKOH/g，降温到170℃，加入B组分，升温到230～235℃，保温到酸值在15～18mgKOH/g。

(2)酸解工序：降温到170℃加入C组分进行酸化，升温至210℃进行保温，同时跟踪测试酸值，酸值在80～95mgKOH/g。

(3)抽真空工序：降温到200℃，开始抽真空操作，反应釜的真空度小于-0.090MPa，同时跟踪测试酸值，酸值在68～75mgKOH/g时停止抽真空操作。

(4)复配工序：降温到170℃，加入D组分，搅拌0.5小时，取样观察是否搅拌均匀，并测试酸值，酸值在68～75mgKOH/g，合格后开始出料。

性能测试

对实施例1～6和对比例1～4提供的户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂进行性能测试，具体测试结果如表1所示。

由表1的数据可知，实施例1～6所提供的户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂低温固化速度快，具有优异的储存稳定性以及漆膜的流平性和柔韧性，其中，实施例4和实施例6因为固化速度较快，涂层流平性相对差一点。对比例1～2相对于实施例1，调整了支化剂(异氰尿酸三缩水甘油酯)的添加量，由所测得的性能数据可知，支化剂添加量过少，涂层抗冲击性能较差，柔韧性相对较差；支化剂添加量过多，会影响到产品的流平性能和光泽度。相对于实施例1，对比例3将多元酸一次加入参与酯化反应，导致难以控制产物的分子量及分子量分布宽度，导致产品的胶化时间过长，低温固化相对慢，固化时间相对较长。相对于实施例1，对比例4将酸解步骤放在抽真空之前，破坏了聚酯树脂的结晶性，导致末端活性偏低，固化不完全，破坏结晶性又导致其热储存稳定性变差。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，其特征在于，由以下重量百分比的原料制备而成：

所述多元酸为由对苯二甲酸与己二酸、癸二酸、1,4-环己烷二甲酸的一种或多种混合组成；

所述多元醇由乙二醇、一缩二乙二醇、聚四氢呋喃醚二醇、1,4-环己烷二甲醇、1,6-己二醇的一种或多种混合组成；

所述支化剂为异氰尿酸三缩水甘油酯；

所述户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂的制备包括以下步骤：

S1：将多元醇加入反应釜中，升温到熔融状态，加入对苯二甲酸，再 加入酯化催化剂和抗氧化剂，封釜升温，升温到回流温度，开始全回流半个小时，再开始通氮气和控制冷凝塔排除反应副产物水，逐步升温到235～240℃，开始保温到反应釜顶温降至70℃以下，取样检测，当酸值达到5～8mgKOH/g，降温到170℃，加入支化剂和剩下的多元酸，升温到230～235℃，保温到酸值为15～18mgKOH/g；

S2：降温到220℃，开始抽真空操作，反应釜的真空度小于-0.090MPa，同时跟踪测试酸值，酸值在3～6mgKOH/g范围内时停止抽真空操作，此时得到端羟基的半结晶聚酯树脂；

S3：降温到170℃加入酸解剂进行酸化，升温至210℃进行保温，同时跟踪测试酸值，酸值在68～75mgKOH/g；

S4：降温到170℃，加入固化促进剂，搅拌0.5小时，取样观察是否搅拌均匀，并测试酸值，酸值为68～75mgKOH/g合格后开始出料。

2.根据权利要求1所述的户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，其特征在于，对苯二甲酸与其他多元酸的质量比为(15～30)∶1。

3.根据权利要求1所述的户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，其特征在于，所述酸解剂为偏苯三酸酐和异丙基三磷酸酯的一种或多种混合组成。

4.根据权利要求1所述的户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，其特征在于，所述酯化催化剂由单丁基氧化锡、二丁基二月桂酸锡、氯化亚锡和钛酸四丁酯的一种或多种混合组成。

5.根据权利要求1所述的户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，其特征在于，所述抗氧化剂为亚磷酸三苯酯。

6.根据权利要求1所述的户内低温固化粉末涂料用聚酯树脂，其特征在于，所述固化促进剂为氧化锌、三苯基膦、苄基三乙基氯化铵和2-苯基咪唑啉的一种或多种混合组成。