CN109942801B - 一种mdf材质用高流平性50：50聚酯树脂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于粉末涂料技术领域，具体涉及一种MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，并进一步公开其制备方法，及其用于制备表面流平性能优的户内粉末涂料的用途。本发明所述MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂以间酞酸、巴西基酸、己二酸、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇、2‑羟基‑5‑甲基间苯二甲醇、甘油单油酸酯、2,3‑吡嗪二酸酐为原料经聚合得到，制得的聚酯树脂链段柔软，在130℃下熔融状态流动性好，自身粘度较低，且聚酯树脂产品的端羧基活性较低，导致胶化时间长，保证了固化前有足够的流平时间，最终获得MDF材质用表面流平优的涂层。

Description

一种MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于粉末涂料技术领域，具体涉及一种MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，并进一步公开其制备方法，及其用于制备表面流平性能优的MDF材质用粉末涂料的用途。

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。聚酯类粉末涂料更以其优异的耐久性、装饰性和加工成型性等特点，广泛应用于室内外涂装领域。

粉末涂料技术的提高是涂料界从原材料着手改进设备和施工工艺的综合结果，其目标是获得各方面性能与液态涂料相当的涂料，包括悦目的外观、较低的固化温度、较薄的涂层、较高的户外耐久性、良好的施工性，同时还致力于环境保护和提高性价比等。改善粉末涂料涂膜的外观始终是人们追求的目标，而制作高流平的涂膜一直是粉末涂料界所关注的重点。由于粉末涂料一般由树脂、固化剂、颜填料、助剂等组成，树脂作为粉末涂料的主要成膜物质，其流平性能是获得高流平涂膜的关键。

现有户内混合型粉末涂料种类较多，其中50：50混合型粉末涂料由于耐油性及其它综合性能优良，是户内粉末涂料用量最大的一类，50：50混合型粉末涂料通常要用50：50的聚酯树脂与E-12环氧树脂进行交联固化成膜。常规50：50型聚酯树脂的合成一般普遍使用刚性较强的对苯二甲酸、间苯二甲酸及新戊二醇进行合成，导致制得聚酯树脂的链段较硬、高温熔融粘度较大，以及高温流动性差；而由于封端剂多采用高活性的偏苯三酸酐进行封端，使得最终产物聚酯中羧基的活性很高而导致胶化时间短，使得涂膜过程中的流平时间不足，导致了最终涂膜表面的流平性不足，较难得到表面流平性能优的涂膜。尤其是用于MDF材质用的50：50混合型粉末涂料，由于MDF材质属于热敏性基材，很难直接耐受高温烘烤(140℃以上)，温度过高会导致基材收缩，碳化等，导致表面涂层明显变差。使用目前市场上通用的50：50聚酯树脂以及低温固化的50：50聚酯树脂在低温固化(140℃以下)情况下更难以保证表面的流平效果。如中国专利CN105440911A公开的用于MDF板材的低温交联的高分子复合材料，虽然可以得到力学性能满足要求的涂膜，但是其表观流平性较差；而中国专利CN104497797A公开的MDF用超流平低温固化粉末涂料，虽然通过在粉末涂料配方中引入新的功能原料如丙烯酸树脂、改性环氧树脂、HAA固化剂等，在140℃/10min进行固化，可以对流平有一定的改善，但是该粉末涂料体系的耐溶剂性能较差，不适合用于户内涂装。因此，开发一种适宜于MDF材质用表面流平性能优、综合性能优良的户内50：50粉末涂料用聚酯树脂具有积极的意义。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，通过中红外预固化及低温热固化两道工序，以解决现有技术中MDF材质用50：50聚酯树脂的链段柔韧性不足、活性过高等导致制得的粉末涂料表面流平性能较差的问题；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述高流平性50：50聚酯树脂的制备方法，以及所述聚酯树脂用于制备表面流平性能优的户内DMF材质用粉末涂料的用途。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，以所述聚酯树脂制备原料的总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：

优选的，所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，还包括酯化催化剂，所述酯化催化剂的摩尔用量占所述制备原料总摩尔量的0.05-0.2mol％。

具体的，所述酯化反应催化剂包括三(异辛基巯基乙酸)辛基锡。

优选的，所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，还包括抗氧剂，所述抗氧剂的摩尔用量占所述制备原料总摩尔量的0.15-0.45mol％。

具体的，所述抗氧剂包括3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯(抗氧剂TH-1135)。

本发明还公开了一种制备所述MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂的方法，包括如下步骤：

(1)取配方量的所述聚丙二醇二缩水甘油醚和新戊二醇加入反应釜内，并控制温度低于140℃进行加热熔融；

(2)向上述混合物料中加入配方量的所述间酞酸和巴西基酸，同时加入配方量的所述催化剂，并升温至200±10℃进行保温反应至反应物的酸值小于80mgKOH/g为止；

(3)继续向上述混合物料中加入配方量的所述己二酸、2-羟基-5-甲基间苯二甲醇及甘油单油酸酯，并升温至230±10℃进行保温反应至反应物的酸值小于32mgKOH/g为止；

(4)加入配方量的所述抗氧剂，并保持反应温度低于235℃、真空度50-60mmHg继续反应以促成大分子聚酯树脂的形成，待酸值降低至18mgKOH/g以下时停止拉真空；

(5)将物料降温至200±10℃时，加入配方量的所述2,3-吡嗪二酸酐，并升温至235±10℃对聚酯树脂进行封端反应，待反应物的酸值为68-75mgKOH/g时停止反应，趁热高温出料，经冷却、破碎、造粒，即得。

具体的，所述步骤(2)中，所述升温步骤为以10℃/h的速率进行升温至200±10℃。

具体的，所述步骤(3)中，所述升温步骤为以5℃/h的速率进行升温至230±10℃。

本发明还公开了所述MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂用于制备表面流平性优的户内DMF材质用粉末涂料的用途。

具体的，所述粉末涂料为50：50混合型粉末涂料。

本发明还公开了一种50：50混合型粉末涂料，具体的，制备所述粉末涂料的树脂成分包括环氧树脂以及所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂。

本发明还公开了一种制备表面流平性优的粉末涂料涂膜的方法，具体包括将所述MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂先后进行中红外固化3min，及经过130℃热固化5min的步骤。

本发明所述MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂以间酞酸、巴西基酸、己二酸、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇、2-羟基-5-甲基间苯二甲醇、甘油单油酸酯、2,3-吡嗪二酸酐为原料经聚合得到，制得的聚酯树脂链段柔软，在高温熔融状态流动性好，高温(200℃)粘度较低，同时，由于使用位阻较大的2,3-吡嗪二酸酐进行封端，最终聚酯树脂产品的端羧基活性较低，导致胶化时间长，保证了固化前有足够的流平时间，且熔融粘度低，最终获得表面流平优的涂层；而且由于分子结构中使用了润滑性能优良的甘油单油酸酯参与反应，增强产品与填料等物质的混溶性，具有增强表面流平的功能；其它物料如间酞酸、己二酸、2-羟基-5-甲基间苯二甲醇、新戊二醇的搭配使用保证了产品具有优良的诸如抗冲击、耐水煮等综合性能。同时，聚丙二醇二缩水甘油醚所带的羟基能够增强与DMF基材的附着力，该聚酯树脂最终用于MDF材质用的粉末涂料中，可以得到表面流平优、综合性能出众的涂层，满足户内粉末涂料的涂装效果要求。

具体实施方式

实施例1

本实施例所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，以所述聚酯树脂制备原料的总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：

本实施例所述MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂的制备方法，包括如下步骤：

(1)取配方量的所述聚丙二醇二缩水甘油醚和新戊二醇加入反应釜内，并控制温度低于140℃进行加热熔融，充分搅拌均匀；

(2)向上述混合物料中加入配方量的所述间酞酸和巴西基酸，同时加入配方量的所述催化剂，并以10℃/h的升温速率逐步升温至190℃进行保温反应2-4h，至反应物的酸值小于80mgKOH/g为止；

(3)继续向上述混合物料中加入配方量的所述己二酸、2-羟基-5-甲基间苯二甲醇及甘油单油酸酯，并以5℃/h的升温速率逐步升温至220℃进行保温反应1-3h，至反应物的酸值小于32mgKOH/g为止；

(4)加入配方量的所述抗氧剂，并保持反应温度低于235℃、真空度50-60mmHg继续反应2-6h，以促成大分子聚酯树脂的形成，待酸值降低至18mgKOH/g以下时停止拉真空；

(5)将物料降温至190℃时，加入配方量的所述2,3-吡嗪二酸酐，并缓慢升温至225℃对聚酯树脂进行封端反应2-6h，待反应物的酸值为68-75mgKOH/g时停止反应，趁热高温出料，并用带冷凝水的钢带冷却聚酯树脂，然后破碎、造粒，即得所需的聚酯树脂。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为69mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为3120mPa·s。

实施例2

本实施例所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，以所述聚酯树脂制备原料的总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：

本实施例所述MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂的制备方法，包括如下步骤：

(1)取配方量的所述聚丙二醇二缩水甘油醚和新戊二醇加入反应釜内，并控制温度低于140℃进行加热熔融，充分搅拌均匀；

(2)向上述混合物料中加入配方量的所述间酞酸和巴西基酸，同时加入配方量的所述催化剂，并以10℃/h的升温速率逐步升温至210℃进行保温反应2-4h，至反应物的酸值小于80mgKOH/g为止；

(3)继续向上述混合物料中加入配方量的所述己二酸、2-羟基-5-甲基间苯二甲醇及甘油单油酸酯，并以5℃/h的升温速率逐步升温至240℃进行保温反应1-3h，至反应物的酸值小于32mgKOH/g为止；

(4)加入配方量的所述抗氧剂，并保持反应温度低于235℃、真空度50-60mmHg继续反应2-6h，以促成大分子聚酯树脂的形成，待酸值降低至18mgKOH/g以下时停止拉真空；

(5)将物料降温至210℃时，加入配方量的所述2,3-吡嗪二酸酐，并缓慢升温至245℃对聚酯树脂进行封端反应2-6h，待反应物的酸值为68-75mgKOH/g时停止反应，趁热高温出料，并用带冷凝水的钢带冷却聚酯树脂，然后破碎、造粒，即得所需的聚酯树脂。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为72mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为2860mPa·s。

实施例3

本实施例所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，以所述聚酯树脂制备原料的总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：

本实施例所述MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂的制备方法，包括如下步骤：

(1)取配方量的所述聚丙二醇二缩水甘油醚和新戊二醇加入反应釜内，并控制温度低于140℃进行加热熔融，充分搅拌均匀；

(2)向上述混合物料中加入配方量的所述间酞酸和巴西基酸，同时加入配方量的所述催化剂，并以10℃/h的升温速率逐步升温至200℃进行保温反应2-4h，至反应物的酸值小于80mgKOH/g为止；

(3)继续向上述混合物料中加入配方量的所述己二酸、2-羟基-5-甲基间苯二甲醇及甘油单油酸酯，并以5℃/h的升温速率逐步升温至230℃进行保温反应1-3h，至反应物的酸值小于32mgKOH/g为止；

(4)加入配方量的所述抗氧剂，并保持反应温度低于235℃、真空度50-60mmHg继续反应2-6h，以促成大分子聚酯树脂的形成，待酸值降低至18mgKOH/g以下时停止拉真空；

(5)将物料降温至200℃时，加入配方量的所述2,3-吡嗪二酸酐，并缓慢升温至235℃对聚酯树脂进行封端反应2-6h，待反应物的酸值为68-75mgKOH/g时停止反应，趁热高温出料，并用带冷凝水的钢带冷却聚酯树脂，然后破碎、造粒，即得所需的聚酯树脂。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为74mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为3572mPa·s。

实施例4

本实施例所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，以所述聚酯树脂制备原料的总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：

本实施例所述MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂的制备方法，包括如下步骤：

(1)取配方量的所述聚丙二醇二缩水甘油醚和新戊二醇加入反应釜内，并控制温度低于140℃进行加热熔融，充分搅拌均匀；

(2)向上述混合物料中加入配方量的所述间酞酸和巴西基酸，同时加入配方量的所述催化剂，并以10℃/h的升温速率逐步升温至200℃进行保温反应2-4h，至反应物的酸值小于80mgKOH/g为止；

(3)继续向上述混合物料中加入配方量的所述己二酸、2-羟基-5-甲基间苯二甲醇及甘油单油酸酯，并以5℃/h的升温速率逐步升温至230℃进行保温反应1-3h，至反应物的酸值小于32mgKOH/g为止；

(4)加入配方量的所述抗氧剂，并保持反应温度低于235℃、真空度50-60mmHg继续反应2-6h，以促成大分子聚酯树脂的形成，待酸值降低至18mgKOH/g以下时停止拉真空；

(5)将物料降温至200℃时，加入配方量的所述2,3-吡嗪二酸酐，并缓慢升温至235℃对聚酯树脂进行封端反应2-6h，待反应物的酸值为68-75mgKOH/g时停止反应，趁热高温出料，并用带冷凝水的钢带冷却聚酯树脂，然后破碎、造粒，即得所需的聚酯树脂。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为70mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为3362mPa·s。

对比例1

本对比例所述聚酯树脂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有间酞酸。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为64mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为2250mPa·s。

对比例2

本对比例所述聚酯树脂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有巴西基酸。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为58mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为4410mPa·s。

对比例3

本对比例所述聚酯树脂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有己二酸。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为63mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为3895mPa·s。

对比例4

本对比例所述聚酯树脂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有聚丙二醇二缩水甘油醚。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为79mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为4280mPa·s。

对比例5

本对比例所述聚酯树脂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有新戊二醇。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为83mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为2460mPa·s。

对比例6

本对比例所述聚酯树脂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有2-羟基-5-甲基间苯二甲醇。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为73mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为2215mPa·s。

对比例7

本对比例所述聚酯树脂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有甘油单油酸酯。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为77mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为3860mPa·s。

对比例8

本对比例所述聚酯树脂的制备原料组成与实施例1相同，其区别仅在于不含有2,3-吡嗪二酸酐。

经检测，本实施例所制备的聚酯树脂的酸值为17mgKOH/g，熔融粘度(200℃)为2950mPa·s。

实验例

分别取本发明实施例1-4及对比例1-8所制得的聚酯树脂，按照如下组分组成进行DMF材质用50：50混合型粉末涂料的制备：

并以现有技术中市售普通的50：50聚酯树脂(酸值74mgKOH/g，熔融粘度(200℃)5650mPa·s)代替本发明所述聚酯树脂作为对比例9。

以CN104497797A中实施例3的粉末涂料产品作为对比例10进行对比。涂料涂层制备：按照DMF材质用50：50混合型粉末涂料的配方将各物料混匀，用双螺杆挤出机挤出、压片、破碎，然后将片料粉碎过筛至180-200目制成粉末涂料。粉末涂料采用静电喷枪喷涂在经表面处理后的MDF基材上，先经中红外炉进行预固化3min，固化炉功率为15KW/m²,再经过130℃/5min的表面热固化，即得高流平的涂料涂层。

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》；流平等级依据JB-T 3998-1999《涂料流平性涂刮测定法》，流平等级越高，表明涂膜表面流平越优；并记录各项检测数据于下表1。

表1粉末涂料性能检测数据

从上表1中数据可知，本发明方案制得的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂的链段柔软，与DMF的结合力好，且聚酯树脂产品的端羧基活性较低，导致胶化时间长，保证了足够的流平时间，同时由于DMF传热不如金属基材快，通过中红外固化及热固化相结合的方式，获得综合性能优良且表面流平等级高的DMF用涂料涂膜。普通市售聚酯树脂由于羧基活性高，在中红外固化作用下固化速度快，再进行热固化时导致涂膜固化不均匀，最终表面橘皮严重，导致涂膜表面厚度不一，耐溶剂性能较差(见对比例9)。而CN104497797A中实施例3的粉末涂料产品按照其专利要求在140℃进行热固化，最终表观及流平性尚可，但是由于使用了HAA、改性丙烯酸树脂等耐溶剂性能较差的组分，导致耐溶剂性能表现不佳，无法用于户内50:50粉末涂料的应用领域(见对比例10)。上述原料综合协同作用，而改变原料配方组合及缺少某些原料均会导致产品在综合性能方面变差，详见对比例1-8。

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MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，其特征在于，以所述聚酯树脂制备原料的总量计，其包括如下摩尔百分比的原料组分：

间酞酸 7-15mol%；

巴西基酸 12-28mol%；

己二酸 8-20mol%；

聚丙二醇二缩水甘油醚 10-25mol%；

新戊二醇 8-18mol%；

2-羟基-5-甲基间苯二甲醇 5-15mol%；

甘油单油酸酯 4-10mol%；

2,3-吡嗪二酸酐 7-15mol%。

2.根据权利要求1所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，其特征在于，还包括酯化催化剂，所述酯化催化剂的摩尔用量占所述聚酯树脂制备原料总摩尔量的0.05-0.2mol%。

3.根据权利要求2所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，其特征在于，所述酯化催化剂包括三(异辛基巯基乙酸)辛基锡。

4.根据权利要求3所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，其特征在于，还包括抗氧剂，所述抗氧剂的摩尔用量占所述聚酯树脂制备原料总摩尔量的0.15-0.45mol%。

5.根据权利要求4所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂，其特征在于，所述抗氧剂包括3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸异辛酯（抗氧剂TH-1135）。

6.一种制备权利要求4所述的MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）取配方量的所述聚丙二醇二缩水甘油醚和新戊二醇加入反应釜内，并控制温度低于140℃进行加热熔融；

（2）向上述混合物料中加入配方量的所述间酞酸和巴西基酸，同时加入配方量的所述酯化催化剂，并升温至200±10℃进行保温反应至反应物的酸值小于80mgKOH/g为止；

（3）继续向上述混合物料中加入配方量的所述己二酸、2-羟基-5-甲基间苯二甲醇及甘油单油酸酯，并升温至230±10℃进行保温反应至反应物的酸值小于32mgKOH/g为止；

（4）加入配方量的所述抗氧剂，并保持反应温度低于235℃、真空度50-60mmHg继续反应以促成大分子聚酯树脂的形成，待酸值降低至18mgKOH/g以下时停止拉真空；

（5）将物料降温至200±10℃时，加入配方量的所述2,3-吡嗪二酸酐，并升温至235±10℃对聚酯树脂进行封端反应，待反应物的酸值为68-75mgKOH/g时停止反应，趁热高温出料，经冷却、破碎、造粒，即得。

7.根据权利要求6所述的制备MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述升温步骤为以10℃/h的速率进行升温至200±10℃。

8.根据权利要求6或7所述的制备MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述升温步骤为以5℃/h的速率进行升温至230±10℃。

9.权利要求1-5任一项所述MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂用于制备表面流平性优的粉末涂料的用途。

10.一种制备表面流平性优的粉末涂料涂膜的方法，其特征在于，包括将权利要求1-5任一项所述MDF材质用高流平性50：50聚酯树脂先后进行中红外固化3min，及经过130℃热固化5min的步骤。