CN110964404A - 高热环氧树脂涂料粉末、其制备方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高热环氧树脂涂料粉末、其制备方法及用途。一种涂料粉末,其包括颗粒,该颗粒包含式(I)的二环氧苯并[c]吡咯酮,其中R1和R2各自独立地是含环氧化物的官能团,Ra和Rb在每次出现时各自独立地为卤素、C1‑12烷基、C2‑12烯基、C3‑8环烷基或C1‑12烷氧基,R13在每次出现时独立地为卤素或C1‑C6烷基,p、q和c各自独立地为0至4,并且R14为C1‑6烷基或苯基;与二环氧苯并[c]吡咯酮可共固化的固化剂;任选地,固化催化剂;以及任选地,与二环氧苯并[c]吡咯酮、固化剂或两者可共固化的辅助环氧树脂组分。
Description
技术领域
本公开涉及涂料粉末(coating powder,涂覆粉末),尤其涉及包含高热环氧树脂(high heat epoxy)的涂料粉末。
背景技术
涂料粉末是干燥、细碎的颗粒组合物,其通常通过静电方法施加到基底(substrate,基材,基板)上,其中粉末颗粒带静电并且基底接地。然后加热所施加的组合物以使颗粒熔融并融合(melt and fuse),并使涂料(coating,涂层)固化。未粘附到基底上的颗粒可以被回收用于重复使用,使得涂料粉末在组合物的使用中是经济的。因为涂料粉末通常不含添加的溶剂,特别是不使用有机溶剂,因此涂料粉末可以更经济且更容易制备,而不需要遵守与使用有机溶剂有关的规定。涂料粉末的另一个优点是它们可以被配制成在涂层中提供各种特性,例如低光泽度或高光泽度。
在粉末涂料(powder coating,粉末涂层)工业中,高性能粉末涂料可用于功能性应用,诸如石油和天然气管道涂料以及钢筋涂料,其中耐化学性和操作温度很重要。在它们的固化形式中,环氧树脂聚合物提供期望的性能,包括与其他材料的良好粘合性、优异的耐腐蚀性和耐化学性、高拉伸强度和良好的电阻。然而,本领域仍然需要能够形成具有高玻璃化转变温度(Tg)的膜的涂料粉末。如果高热涂料粉末可以提供低光泽度和光滑均匀的表面,那将是特别有利的。还期望具有低固化温度的涂料粉末,使得可以用粉末涂料涂覆更多种的热敏基底。
发明内容
公开了一种涂料粉末,其包括颗粒,该颗粒包含式(I)的二环氧苯并[c]吡咯酮(diepoxy phthalimidine):
其中R1和R2各自独立地为含环氧化物的官能团(epoxide-containingfunctionalgroup,含环氧官能团),Ra和Rb在每次出现时各自独立地为卤素、C1-12烷基、C2-12烯基、C3-8环烷基或C1-12烷氧基,R13在每次出现时独立地为卤素或C1-6烷基,p、q和c各自独立地为0至4,并且R14为C1-6烷基或苯基;固化剂;以及任选地,与二环氧苯并[c]吡咯酮可共固化的辅助环氧树脂组分(auxiliary epoxy component,辅助环氧组分)。
公开了一种形成涂料粉末的方法。
还公开了用涂料粉末涂覆制品以形成粉末涂覆的制品的方法、以及包含粉末涂层的制品。
通过以下详细说明、实施例和权利要求进一步说明本发明。
具体实施方式
本文公开了可固化的涂料粉末,特别是包含二环氧苯并[c]吡咯酮化合物的可固化的涂料粉末、制备可固化的涂料粉末的方法、以及涂覆有可固化的涂料粉末的制品。组合物具有期望的性能,包括光滑、均匀的表面和根据ASTM D3418测量的硬度增加。
涂料粉末是可固化的,并且包括颗粒,该颗粒包含如下所述的高热二环氧苯并[c]吡咯酮、固化剂以及任选的与二环氧苯并[c]吡咯酮可共固化的辅助环氧树脂组分。高热二环氧苯并[c]吡咯酮具有式(I):
其中R1和R2各自独立地为含环氧化物的官能团,Ra和Rb在每次出现时各自独立地为卤素、C1-12烷基、C2-12烯基、C3-8环烷基或C1-12烷氧基,R13在每次出现时独立地为卤素或C1-6烷基,p、q和c各自独立地为0至4,并且R14为C1-6烷基或苯基;与二环氧苯并[c]吡咯酮可共固化的固化剂。
在一个方面,式(I)的二环氧苯并[c]吡咯酮的R1和R2基团各自独立地具有式
其中R3a和R3b各自独立地为氢或C1-12烷基,Ra和Rb在每次出现时各自独立地为卤素、C1-6烷基、C2-6烯基、C3-6环烷基或C1-6烷氧基,R13在每次出现时独立地为卤素或C1-3烷基,R14为C1-2烷基或苯基;并且p、q和c各自独立地为0至2。
在另一个方面,式(I)的二环氧苯并[c]吡咯酮的R1和R2基团各自具有式
Ra和Rb各自独立地为卤素、C1-3烷基、C2-3烯基或C1-3烷氧基,R13为C1-2烷基,并且p、q和c各自独立地为0或1。
在一个方面,式I的二环氧苯并[c]吡咯酮的R1和R2基团在每次出现时各自独立地为
其中R3a和R3b各自独立地为氢或C1-12烷基,R14为C1-2烷基或苯基,并且c、p和q各自为0。在优选的方面,R3a和R3b各自独立地为氢或C1-3烷基并且R14是C1-2烷基或苯基。
在式I的更优选的方面,二环氧苯并[c]吡咯酮具有式(Ia)
其中R14是甲基或苯基。在式(Ia)的又一个优选方面,R14是苯基。
二环氧苯并[c]吡咯酮化合物可以通过例如WO2016/014536中描述的方法,由相应的双酚化合物制备。二环氧苯并[c]吡咯酮可以具有大于60%的纯度或1.0至1.5的环氧当量(epoxy equivalent weight)、或纯度与环氧当量的组合。
二环氧苯并[c]吡咯酮可具有通过高效液相色谱法测定的大于60%、优选大于70%、优选大于80%、优选大于90%、优选大于95%、优选大于98%、或优选大于99%的纯度,或相对于理论环氧当量优选1.0至1.2、优选1.0至1.15、优选1.0至1.1的环氧当量,或纯度与环氧当量两者的组合。
二环氧苯并[c]吡咯酮可具有3ppm或更低、2ppm或更低、1ppm或更低、500ppb或更低、400ppb或更低、300ppb或更低、200ppb或更低、或100ppb或更低的金属杂质含量。金属杂质可以是铁、钙、锌、铝或其组合。聚噁唑烷酮-苯并[c]吡咯酮低聚物可具有0.1wt.%或更少的未知杂质含量。
二环氧苯并[c]吡咯酮的颜色APHA值可以为40或更低、35或更低、30或更低、25或更低、20或更低、19或更低、18或更低、17或更低、16或更低、或15或更低,其使用测试方法ASTM D1209测量。
涂料粉末是可热固化的,并且还包含固化剂。本文所用的术语“固化剂”涵盖在固化环氧化合物中的作用被不同地描述为其中硬化剂、硬化促进剂、交联剂、固化催化剂、固化助催化剂和固化引发剂的那些的化合物。固化剂可具有活性氢原子,该活性氢原子与环氧树脂的环氧基团反应以形成延伸(extend)或交联的树脂。活性氢原子可以存在于包含伯胺或仲胺、酚、硫醇、羧酸或羧酸酐的官能团中。固化剂还可以用作环氧树脂聚合的引发剂或用作其他固化剂的促进剂。
用于粉末涂料的固化剂的具体实例包括脂族胺、脂环族胺、芳族胺、与环氧树脂的胺官能加合物(amine-functional adducts with epoxy resin)、曼尼希(Mannich)碱、聚酰胺、酰胺基胺(amidoamine)、酚醛胺(phenalkamine,烷基酚醛胺,酚烷基胺)、双氰胺、双氰胺加合物、多元羧酸官能的聚酯(polycarboxylic acid-functional polyester,聚羧酸官能的聚酯)、羧酸酐(包括芳族二酐和双环酸酐(bicyclic anhydride,环二酸酐))、胺-甲醛树脂、酚醛树脂(phenol-formaldehyde resin,酚甲醛树脂)、聚硫化物、聚硫醇、咪唑类、咪唑类加合物(imidazole adduct,咪唑加合物)、路易斯酸诸如三氟化硼、二芳基碘鎓盐或其组合。在一个优选的方面,固化剂是芳族胺、芳族二酐、双环酸酐、双氰胺、双氰胺加合物、咪唑类、咪唑类加合物或其组合。
固化剂可以是芳族二胺。芳族胺固化剂的实例是4,4'-二氨基二苯基甲烷(DDM)、4,4'-二氨基二苯基砜(DDS)、4,4'-二氨基二苯基砜、4,4'-亚甲基双-(2,6-二乙基苯胺)、4,4'-亚甲基二苯胺、二乙基甲苯二胺、4,4'-亚甲基双-(2,6-二甲基苯胺)、间苯二胺(MPDA)、对苯二胺、2,4-双(对氨基苄基)苯胺、3,5-二乙基甲苯-2,4-二胺、3,5-二乙基甲苯-2,6-二胺、间苯二甲胺、对苯二甲胺、二乙基甲苯二胺、或它们的组合。优选地,芳族胺是4,4'-二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基二苯基砜(DDS)、间苯二胺或其组合。
固化剂可以是具有一般结构的芳族二酐
其中R可以是单键、其他双酚、-C(CF3)2-、-O-或–C(=O)-。芳族二酐固化剂的实例包括4,4'-(4,4'-异丙叉基二苯氧基)双-(邻苯二甲酸酐)(CAS注册号38103-06-9)、4,4'-(六氟异丙叉基)二邻苯二甲酸酐(CAS注册号1107-00-2)、4,4'-氧代二邻苯二甲酸酐(CAS注册号1823-59-2)、二苯甲酮-3,3',4,4'-四羧酸二酐(CAS注册号2421-28-5)和3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐(CAS注册号2420-87-3),特别是具有下式的化合物。
固化剂可以是双环酸酐,诸如甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐(CAS注册号25134-21-8)和顺式-5-降冰片烯-内-2,3-二羧酸酐(CAS注册号129-64-6),特别是具有下式的化合物。
固化剂可以是潜在的固化剂(latent curing agent,潜在性固化剂)。潜在的固化剂可以在环氧树脂存在下在室温(例如21-25℃)下稳定储存,并在暴露于热(例如高于50℃的温度)时快速固化。潜在的固化剂的非限制性实例是双氰胺、双氰胺加合物、三氟化硼-胺络合物、有机酸酰肼、咪唑类和咪唑类加合物。可以使用不同潜在的固化剂的组合。
合适的双氰胺固化剂以商品名DICY 100由Alzchem销售。当固化剂是双氰胺时,可以使用另外的固化剂,诸如叔胺、芳族胺、咪唑类或其组合。可以使用双氰胺和胺的加合物。在一个优选的方面,固化剂是双氰胺-咪唑加合物。
咪唑可用作固化剂。合适的咪唑类的实例具有式
其中R1-R4各自独立地为氢、C1-12烷基、C6-18芳基、C7-C18芳基亚烷基、C7-C18烷基亚芳基等。合适的咪唑类的实例包括咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-甲基-4-乙基咪唑、4-丁基-5-乙基咪唑、2-环己基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-苯基咪唑和2-苯基咪唑。
咪唑类可以单独使用或与另外的固化剂组合使用,例如酸酐、双氰胺、多元酚、芳族胺和环氧树脂(诸如双酚A环氧树脂)。例如,可以使用咪唑羧酸盐(imidazolecarboxylate,咪唑羧酸酯)、环氧树脂-咪唑加合物(epoxy resin-imidazole adduct,环氧树脂-咪唑类加合物)、金属盐-咪唑络合物或已与酸性物质反应的咪唑作为固化剂。
在一个优选的方面,可以使用咪唑加合物,诸如咪唑与酸酐、双氰胺、多元酚、芳族胺或环氧树脂的加合物。可以使用咪唑加合物的混合物。咪唑类倾向于不溶于环氧树脂。因此,将咪唑加成到环氧树脂中增加了它与环氧系统的相容性。合适的环氧树脂-咪唑加合物是双酚A环氧树脂-咪唑加合物(bisphenol A epoxy-imidazole adduct,双酚A环氧树脂-咪唑类加合物),可以商购获得,例如EPIKURE P-101。其他可商购的咪唑加合物包括来自Momentive的EPIKURE固化剂P-101、P-103、P-104和P-108以及购自Momentive的EPIKURE固化剂P-202的酚咪唑加合物固化剂。固化剂可以是双氰胺-咪唑加合物。合适的双氰胺咪唑加合物以商品名EPIKURE P-108销售。
在一个方面,固化剂是4,4'-二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基二苯基砜、间苯二胺、甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐、双氰胺、双氰胺的酰胺加合物、咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-甲基-4-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2,4-二乙基咪唑、双氰胺-咪唑加合物、环氧树脂-咪唑加合物或其组合。
在更优选的方面,固化剂是4,4'-二氨基二苯基砜、双氰胺、咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、双氰胺-咪唑加合物、双酚A环氧树脂-咪唑加合物或其组合。
固化剂以有效地固化涂料粉末的量使用。所使用的固化剂的具体量将取决于高热环氧树脂和固化剂的特性以及其他因素,并且可以由技术人员容易地确定。例如,当固化剂是芳族二胺化合物时,基于环氧树脂(包括如下所述的任何辅助可共固化的环氧树脂)的总重量份,其可以以1至35重量份的量使用。
在一些方面,涂料粉末还包含与二环氧苯并[c]吡咯酮可共固化的辅助环氧树脂组分。在一个方面,辅助环氧树脂是脂族环氧树脂、脂环族环氧树脂、芳族环氧树脂、多芳族环氧树脂如双酚A环氧树脂或双酚-F环氧树脂、苯酚酚醛环氧树脂、甲酚-酚醛环氧树脂、联苯环氧树脂、三缩水甘油基对氨基苯酚、四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷、多官能环氧树脂、萘环氧树脂、二乙烯基苯二氧化物、2-缩水甘油基苯基缩水甘油醚、二环戊二烯环氧树脂或其组合。任何前述环氧树脂可以是化合物(例如双酚A二缩水甘油醚)、或低聚或多聚的(例如,含有多于一个双酚A单元)。任何前述环氧树脂可以是多官能的,即含有两个或更多个环氧基团。
在一个方面,辅助环氧树脂是双酚A二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、3,4-环氧环己基甲基-3,4-环氧环己烷羧酸酯、N,N-二缩水甘油基-4-缩水甘油氧基苯胺、N,N,N',N'-四缩水甘油基-4,4'-二氨基二苯基甲烷或其组合。
在一个优选的方面,辅助环氧树脂组分是固体,这意味着辅助环氧树脂组分在环境温度(即23℃)和一个大气压下是固体或半固体。在一些实施方式中,辅助环氧树脂组分的软化点为25℃至150℃。可以通过一些任意方法估算软化点。例如,高于通过差示扫描量热法(DSC)、动态机械分析(DMA)或环形和球形测试方法测定的玻璃化转变温度,如ASTME28-67、ASTM E28-99、ASTM D36、ASTM D6493-11和ISO 4625中所述。固体辅助环氧树脂可以衍生自液体环氧树脂和双酚,例如双酚-A。本领域普通技术人员将理解,可以对已知的液体环氧树脂(在环境温度和压力下)进行化学结构修饰,以使它们在环境温度和压力下为固体,并提高软化温度或Tg。例如,可以对双酚A二缩水甘油基环氧树脂进行结构改性,以提供商购的材料D.E.R.TM 6510,在环境温度和压力下为固体。
商购的合适的辅助环氧树脂固体化合物包括例如D.E.R.TM660、D.E.R.TM6508、D.E.R.TM671、D.E.R.TM642U-20、D.E.R.TM661、D.E.R.TM642U、D.E.R.TM6116、D.E.R.TM662E、D.E.R.TM6225、D.E.R.TM692、D.E.R.TM692H、D.E.R.TM692HB、D.E.R.TM6224、D.E.R.TM662UH、D.E.R.TM6615、D.E.R.TM663UE、D.E.R.TM663U、D.E.R.TM672U-20、D.E.R.TM663-A25、D.E.R.TM672U、D.E.R.TM663UK、D.E.R.TM6330-A10、D.E.R.TM640、D.E.R.TM664UE、D.E.R.TM664U、D.E.R.TM6155、D.E.R.TM666E、D.E.R.TM6670、D.E.R.TM667-20、D.E.R.TM667E、D.E.R.TM668-20、D.E.R.TM669E、D.E.R.TM669-20、D.E.R.6510-HT、D.E.R.6508、环氧化环己烷四酚(eCHTP)、D.E.N.438、D.E.N.439;以商品名“TACTIX”可商购的树脂(诸如);以及ARALDITE MY720;或其组合。
基于环氧树脂的总组合重量,辅助环氧树脂组分可以以1至99wt%、或5至95wt%、或50至90wt%、或5至50wt%存在。
涂料粉末可包含添加剂,其中添加剂为流动控制剂、干流动剂(dryflow agent,干燥流动剂)、抗氧化剂、颜料、染料、光亮剂、增量剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收化合物、近红外光吸收化合物、红外光吸收化合物、增塑剂、润滑剂、抗静电剂、防雾剂、抗菌剂、辐射稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、香料或其组合。任何添加剂以通常已知有效的量使用,相对于涂料粉末中环氧树脂总量100重量份,其可以为0.001至10重量份。例如,相对于涂料粉末中环氧树脂总量100重量份,添加剂(除了任何填料或颜料之外)的总量可以为0.01至20重量份、或1至10重量份。
流动控制剂有时称为流平剂,可用于促进连续涂料的形成。合适的流动控制剂包括聚丙烯酸酯、非离子氟化烷基酯表面活性剂、非离子烷基亚芳基聚醚醇、硅酮等,以及包含至少一种前述流动控制剂的组合。流动控制剂通常是液体,其通过吸收到二氧化硅类材料上而转化成粉末形式。优选的流动控制剂由Estron Chemical,Inc.以商品名P-67丙烯酸树脂销售,它是2-丙烯酸乙酯聚合物。另一种优选的流动控制剂是苯偶姻,它是2-羟基-1,2-二苯基乙酮结晶固体,据信它可使熔融涂料保持敞开一段合适的时间,以便在形成硬固化膜之前进行脱气。当存在时,每100重量份环氧树脂,流动控制剂的用量可以为1重量份至5重量份。
合适的干流动剂包括煅制二氧化硅(例如由Cabot公司以商品名CAB-O-销售的)和煅制氧化铝(例如由Degussa公司以商品名Aluminum Oxide C销售的)。当存在时,相对于涂料粉末中环氧树脂总量100重量份,干流动剂的用量可以为0.05至0.5重量份。
颜料可用于调整颜色和不透明度。合适的颜料包括例如二氧化钛、炭黑、酞菁蓝、酞菁绿、喹吖啶酮红、苝红、异吲哚酮黄、二噁嗪紫、猩红3B胭脂红、红188偶氮红、偶氮颜料黄83、铁氧化物颜料等。当存在时,相对于涂料粉末中环氧树脂总量100重量份,颜料的用量可以为至多100重量份。
涂料粉末可含有填料。合适的填料包括碳酸钙、硫酸钡、白云石、硅灰石、滑石、云母等。当存在时,相对于涂料粉末中环氧树脂总量100重量份,填料的用量可至多120重量份。在此范围内,填料量优选为至少10重量份。同样在该范围内,填料量优选为至多80重量份。
涂料粉末可包含抗氧化剂。抗氧化剂防止涂料变色。合适的抗氧化剂包括例如次磷酸钠、三-(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(可从Ciba-Geigy以IRGAFOS 168获得)、双([单乙基(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)膦酸]钙(可从Ciba-Geigy以IRGANOX 1425获得)等。可以使用抗氧化剂的混合物。次磷酸钠也可以作为缓冲剂,防止环氧树脂中表氯醇残留物释放的微量氯的作用。当存在时,相对于涂料粉末中环氧树脂总量100重量份,抗氧化剂的用量可以为0.5至2.0重量份。
涂料粉末可以排除任何溶剂。在本文中,应理解“溶剂”不包括液体芳族环氧聚合物。在这些实施方式中,排除的溶剂包括例如C3-8酮、C4-8N,N二烷基酰胺、C6-12芳族烃、C4-16二烷基醚、C3-6烷基链烷酸酯和C2-6烷基氰化物。排除溶剂是理想的,因为它们不需要溶解环氧化合物,并且因为它们的存在降低了固体组合物的玻璃化转变温度。固体组合物可包括溶剂以制备均匀的涂料粉末组合物,然后可除去溶剂。
形成粉末涂料的优选方法包括熔融混合,其中将用于形成涂料粉末的组合物的干燥成分称入间歇式混合器中并用中等强度的水平犁式混合器或较低强度的滚筒式混合器混合。对于高强度混合器,混合时间可以是1至3分钟,对于滚筒式混合器,混合时间可以是30至60分钟。然后可以将预混物进一步混合并复合,同时树脂在单螺杆或双螺杆挤出机中熔融0.5至1分钟,通常在50至100℃,控制挤出机温度以使挤出机中发生的任何固化和凝胶化最小化。上述挤出机温度低于粉末涂料的典型固化温度,粉末涂料可在100℃开始的温度下开始初始固化。
挤出后,涂料粉末组合物通常呈片状。冷却后,将涂料粉末组合物在研磨机(诸如Brinkman研磨机或Bantam锤式研磨机)中一起研磨,以获得所需的粒度。粒度决定了基底上涂料粉末的质地的粗糙度或细度。通常,粒度为60目(粗糙)至200目(细),取决于所需的纹理。通常在100目筛去除粗颗粒。在一些方面,涂料粉末可具有10至100微米的平均粒度。平均粒度通常为20至80微米。通常存在约10-15wt%的小于11微米的颗粒以及0-4wt%的大于88微米的颗粒。粒度可以通过激光衍射技术测定,使用例如Malvern粒度分析仪。
涂料粉末可以是贮存稳定的,并且在典型的粉末涂料应用期间不会分离成单独的组分。
制造粉末涂覆制品的方法包含将涂料粉末施加到制品的表面上;以及加热施加的涂料粉末熔融并融合颗粒以形成膜并固化膜。加热可以是通过将涂料粉末施加到制品的表面上;然后加热涂覆的制品以熔融并融合颗粒以形成膜并固化膜。另一种涂覆制品的方法包含加热制品并将涂料粉末施加到加热的制品的表面上。当然,可以使用两种方法的组合,其中制品被预热,然后置于加热的环境中以进一步熔融并融合颗粒以形成膜并固化膜。
可以通过常规装置将涂料粉末施加到制品(即基底)上,包括静电流化床、静电喷枪、摩擦电枪等,其中粉末涂料颗粒带静电并且基底接地或反向带电。加热基底(并且可以在施加之前任选地预热),以帮助颗粒的熔融、流动和聚结,以形成光滑、连续的膜。通常施加涂料粉末以获得1.0密耳(0.0245毫米,“mm”)至25密耳(0.102mm)、优选至少1.5至4密耳(0.038至0.1mm)的涂料厚度。对于装饰性饰面,应提及低至20微米的膜厚度,但更常见的是膜厚度落在25至120微米的范围内,对于某些应用,通常的范围为30至80微米,并且对于其他应用,为60至120微米或更优选60至100微米,而80至150微米的膜厚度不太常见。
然后将涂覆膜固化成热固性状态而不降解基底。加热可以在红外、对流烘箱或两者的组合中进行,但优选红外烘箱。最终固化的时间和温度将根据所用的成膜体系和使用条件而有所不同。固化温度可以是100至300℃。可固化组合物的一个优点是它们能够在较低的固化温度下产生无光泽和低光泽的饰面。在一个方面,固化温度为150℃至250℃。固化时间可以是2秒到至多30分钟,优选至多20分钟,更优选至多10分钟。有利地,固化时间可小于10分钟,例如小于30秒、小于1分钟、小于2分钟、小于3分钟、小于4分钟、小于5分钟、小于6分钟、小于7分钟、小于8分钟、或小于9分钟。无论使用的固化时间和温度如何,只要涂料粉末组合物的组分在固化之前已经充分熔融,在基底上产生的粉末涂料可以具有视觉上一致的外观。
涂料粉末可用于涂覆玻璃、陶瓷、高温聚合物和石墨填充复合材料、以及金属基底(诸如钢和铝)。涂料粉末特别适用于涂覆部件,如下面进一步描述的。
有利地,粉末涂料的玻璃化转变温度(2)可以高于相同组成但用双酚A类环氧树脂代替二环氧苯并[c]吡咯酮的粉末涂料。换言之,在涂料粉末组合物中用二环氧苯并[c]吡咯酮取代全部或部分可商购的双酚A环氧树脂可导致粉末涂料的玻璃化转变温度高于不存在二环氧苯并[c]吡咯酮时。当使用粉末涂料的制品处于较高的热环境中时,例如在油或气提取或反应容器中,该特征是特别有利的。
同样有利地,粉末涂料的硬度可以大于相同组成但用双酚A类环氧树脂代替二环氧苯并[c]吡咯酮的粉末涂料。换言之,在涂料粉末组合物中用二环氧苯并[c]吡咯酮取代全部或部分可商购的双酚A环氧树脂可导致粉末涂料的硬度高于不存在二环氧苯并[c]吡咯酮时。
粉末涂料的玻璃化转变温度可高于120℃、高于140℃、高于150℃、高于180℃,优选高于190℃。例如,通过差示扫描量热法(DSC)测量,粉末涂料可具有大于或等于120℃的Tg,例如至多250℃。在一个实施方式中,涂料粉末的固化样品具有通过DSC测量的120至259℃的Tg,或通过DSC测量的180至250℃的Tg。在优选的实施方式中,通过DSC测量,涂料粉末的固化样品具有190至250℃的Tg。
根据ASTM 2244测量,粉末涂料可以表现出在252kJ/m2的曝光后小于或等于1.0、优选在252kJ/m2的曝光后小于或等于0.7、更优选在252kJ/m2的曝光后为0.5的色差值(ΔE)。
根据ASTM D-523测量,粉末涂料可显示出75至120、优选80至110的光泽度。
涂料粉末可用于各种应用,诸如用于航空航天应用的复合材料、电子工业、石油和天然气管道涂料、以及钢筋涂料。涂料粉末可以各种形式用于各种目的,包括复合材料(例如复合材料,诸如使用碳纤维和玻璃纤维增强材料的复合材料)的制造、层、涂料、封装剂、粘合剂、密封剂、施胶树脂、预浸料或其组合。
包含二环氧苯并[c]吡咯酮化合物的涂料粉末的应用包括例如用于以下的涂料:酸浴容器;中和罐;飞机部件;桥梁;桥面板;电解槽;排气管;洗涤器;运动器材;楼梯;走廊;汽车外饰板,诸如引擎盖和行李箱盖;地板底盘;空气收采器;管道和导管,包括加热器管;工业风扇,风扇外壳和鼓风机;工业搅拌机;船体和甲板;海运码头挡泥板;瓷砖和涂料;建筑板;商用机器外壳;托盘,包括电缆托盘;混凝土改性剂;洗碗机和冰箱部件;电气密封剂;电气面板;储罐,包括电解精炼罐、软水器罐、燃料罐、以及各种纤维缠绕罐和罐衬;家具;车库门;光栅;保护体齿轮;行李;户外机动车;压力罐;印刷电路板;光波导;天线罩;栏杆;铁路部件,诸如罐车;漏斗车盖;车门;卡车床垫;卫星天线;标志;太阳能电池板;电话开关柜;拖拉机部件;变压器盖;卡车部件,诸如挡泥板、引擎盖、车身、驾驶室和床;旋转机械的绝缘,包括接地绝缘、匝绝缘和相分离绝缘;换向器;芯线绝缘和绳索及编织带;传动轴联轴器;螺旋桨叶片;导弹部件;火箭发动机箱;翼部;抽油杆;机身部分;翅膀皮和扩口;引擎机舱;货舱门;网球拍;高尔夫球杆杆身;钓鱼竿;滑雪板和滑雪杖;自行车部件;横向板簧;泵,诸如汽车烟雾泵;电气元件,诸如印刷电路板;洗涤塔;游泳池、游泳池滑梯、热水浴缸和桑拿浴室;用于引擎罩下的驱动轴;海洋工具和复合材料;隔热罩;潜艇船体;层压饰件;工业金属成型模具;飞机拉伸块和锤子形式;真空成型工具;地板,包括生产和装配区域的地板、洁净室、机器车间、控制室、实验室、停车场、冰柜、冷却器和室外装卸码头;用于装饰地板;桥梁伸缩缝;机械轨道;金属销钉;螺栓和柱子;以及许多其他应用。
通过以下非限制性实例进一步说明本文所述的组合物和方法。
实施例
使用表1所示的材料。
表1
使用以下测试方法。
通过Malvern粒子分析仪测定粒度。使用激光衍射(来自Malvern的Mastersizer3000)在水中测量粒度分布。用含有表面活性剂的去离子水将干粉制成浆液并超声处理5分钟。将浆液加入含有去离子水的Malvern储层中。测量基于体积的粒度分布和基于数量的粒度分布。
通过将粉末压成颗粒形式并将其粘附到金属板上并将其置于60°角的固化烘箱中并根据所述的固化方案固化来测定颗粒流动。流动距离测量为从颗粒的初始位置到流动结束的距离。
通过化学流变学测量确定凝胶温度(gel temperature)。使用具有10%应变的一次性8mm板以1mm的固定间隙使用ARES G2应变控制器流变仪进行流变学测量。在这种情况下,将板预热至120℃,并以20℃/分钟的速度升温至200℃。
根据ASTM D-523使用TQC PolyGloss 0030光泽计测量60°的光泽度。
使用Minolta手持式比色计,使用CIELab色标和D65(地平线日落)光源,根据ASTMD2244测量颜色。
通过固化样品和过烧样品(overbaked sample)的颜色之间的颜色差异确定颜色稳定性(ΔE)。
根据ASTM D-2794测量耐冲击性。将4磅的棒从含有涂料的板的底部提升至约40英寸,并落在板的顶部和板的背面,以获得正向和反向的耐冲击性。
通过用甲基乙基酮(MEK)润湿布料并用100次双摩擦来摩擦涂料以测定耐溶剂性。这根据ASTM D-5402。
通过用划格法刮涂涂料并测量在划痕试验期间剥离的涂料面积百分比来确定粘附性,并且根据ASTM D-3359B指定粘附代码范围为0B至5B。
通过用具有一定硬度的铅刮擦涂料来确定铅笔硬度。硬度等级由铅的最大硬度(不会出现划痕)决定。该测试根据ASTM D3363进行。
通过TA Q1000DSC或TA 2920M-DS仪器(TA仪器)测定玻璃化转变温度(Tg)。在典型的程序中,将样品(10至20mg)从40℃加热至325℃(20℃/分钟),在325℃保持1分钟,冷却至40℃(20℃/分钟),然后在40℃保持1分钟,重复上述加热/冷却循环。第二次加热循环通常用于获得Tg。
如下制备涂料粉末。将PPPBP-环氧树脂与制剂中的所有其他组分在搅拌器中混合,然后将粉末挤出,使条带破碎并研磨成细粉末,并使粉末通过筛子以获得小于100μm粒度的粉末。
如下制备包含固化的涂料粉末的膜。使用电喷枪将涂料粉末组合物施加到金属基底上。随后将粉末涂覆的金属基底置于保持恒温的烘箱中以获得固化的膜。
配方和物理特性示于表2中。对比例1、5和8(CEx 1、5和8)基于可商购的环氧树脂,不含PPPBP-环氧树脂。
表2
表2中的数据显示,与单独的BPA-环氧树脂(CEx1)相比,PPPBP-环氧树脂与BPA-环氧树脂(Ex2、Ex3和Ex4)的共混物显示出降低的光泽度。仅包含PPPBP-环氧树脂(Ex7)的膜显示出比商购高温环氧树脂(CEx5)更高的光泽度。
表2中的数据显示,与单独的BPA-环氧树脂(CEx1)相比,PPPBP-环氧树脂与BPA-环氧树脂(Ex2、Ex3和Ex4)的共混物显示出更低的颜色稳定性。通过添加PPPBP-环氧树脂(Ex6、Ex10和Ex11)改善了高温商用环氧树脂(CEx5)的颜色稳定性。
表2中关于膜的数据表明,与商购高温环氧树脂(CEx5)HH涂料粉末等级相比,含有PPPBP-环氧树脂涂料(Ex 2-4)的实例显示出热性能和颜色稳定性的显著增强。
向BPA-环氧树脂类配方中添加PPPBP-环氧树脂导致涂料硬度的显著改善,尽管也可以看到耐冲击性、粘合性和颜色稳定性的降低。
通过以下非限制性方面进一步说明本发明。
方面1:一种可固化的粉末涂料,包括颗粒,该颗粒包含式(I)的二环氧苯并[c]吡咯酮:
其中R1和R2各自独立地为含环氧化物的官能团,Ra和Rb在每次出现时各自独立地为卤素、C1-12烷基、C2-12烯基、C3-8环烷基或C1-12烷氧基,R13在每次出现时独立地为卤素或C1-C6烷基,p、q和c各自独立地为0至4,并且R14为C1-6烷基或苯基;固化剂;以及任选地,与二环氧苯并[c]吡咯酮可共固化的辅助环氧树脂组分。
方面2:根据方面1的涂料粉末,R1和R2各自独立地具有式
其中R3a和R3b各自独立地为氢或C1-12烷基,优选其中R3a和R3b各自为氢,Ra和Rb在每次出现时各自独立地为卤素、C1-6烷基、C2-6烯基、C3-6环烷基、或C1-6烷氧基,优选卤素、C1-6烷基、C2-6烯基、C3-6环烷基或C1-6烷氧基,R13在每次出现时独立地为卤素或C1-3烷基,优选C1-2烷基,R14为C1-2烷基或苯基,并且p、q和c各自独立地为0至2。
方面3:根据前述方面中任一项的涂料粉末,其中R1和R2在每次出现时各自独立地为
其中R3a和R3b各自独立地为氢或C1-12烷基,优选氢;R14为C1-2烷基或苯基,优选甲基或苯基,c、p和q各自为0。
方面4:根据前述方面中任一项的涂料粉末,其中二环氧苯并[c]吡咯酮具有下式
其中R14为甲基或苯基,优选其中R14为苯基。
方面5:根据前述方面中任一项的涂料粉末,其中二环氧苯并[c]吡咯酮具有通过高效液相色谱法测定的大于60%、优选大于70%、优选大于80%、优选大于90%、优选大于95%、优选大于98%、或优选大于99%的纯度,或相对于理论环氧当量的1.0至1.5、优选1.0至1.2、优选1.0至1.15、优选1.0至1.1的环氧当量,或纯度与环氧当量的组合。
方面6:根据前述方面中任一项的涂料粉末,其中固化剂为脂族胺、脂环族胺、芳族胺、与环氧树脂的胺官能加合物、曼尼希碱、聚酰胺、酰胺基胺、酚醛胺、双氰胺、多元羧酸官能的聚酯、羧酸酐、胺-甲醛树脂、酚醛树脂、聚硫化物、聚硫醇、咪唑类、咪唑类加合物、路易斯酸、二芳基碘鎓盐或其组合;优选地,其中固化剂是芳族胺、芳族二酐、双环酸酐、双氰胺、双氰胺加合物、咪唑类、咪唑类加合物或其组合;优选其中固化剂是4,4'-二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基二苯基砜、间苯二胺、甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐、双氰胺、双氰胺的酰胺加合物、咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-甲基-4-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2,4-二乙基咪唑、双氰胺-咪唑加合物、环氧树脂-咪唑加合物或其组合;更优选地,其中固化剂是4,4'-二氨基二苯基砜、双氰胺、咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、双氰胺-咪唑加合物、双酚A环氧树脂-咪唑加合物或其组合。
方面7:根据前述方面中任一项的涂料粉末,还包含与二环氧苯并[c]吡咯酮可共固化的辅助环氧树脂组分,其中辅助环氧树脂组分为脂族环氧树脂、脂环族环氧树脂、芳族环氧树脂、多芳族环氧树脂、苯酚酚醛环氧树脂、甲酚-酚醛环氧树脂、联苯环氧树脂、三缩水甘油基对氨基苯酚、四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷、萘环氧树脂、二乙烯基苯二氧化物、2-缩水甘油基苯基缩水甘油醚、二环戊二烯环氧树脂或其组合;优选地,其中辅助组分在23℃下是固体或半固体。
方面8:根据方面7的组合物,其包含1至99wt%、或5至95wt%、或50至90wt%、或5至50wt%的辅助环氧树脂组分。
方面9:根据前述方面中任一项的涂料粉末,还包含添加剂,其中添加剂为流动控制剂、干流动剂、抗氧化剂、颜料、染料、光亮剂、增量剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收化合物、近红外光吸收化合物、红外光吸收化合物、增塑剂、润滑剂、抗静电剂、防雾剂、抗菌剂、辐射稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、香料或其组合。
方面10:根据前述方面中任一项的涂料粉末,其中颗粒的平均粒度为10至100微米。
方面11:一种形成前述权利要求中任一项的涂料粉末的方法,包括熔融共混二环氧苯并[c]吡咯酮、固化剂和任选的辅助环氧树脂组分;以及由熔融的共混物形成粉末。
方面12:一种涂覆制品的方法,该方法包括将权利要求1至9中任一项的涂料粉末施加到制品的表面;以及加热施加的涂料粉末以熔融并融合颗粒以形成膜并固化膜以形成粉末涂层。
方面13:根据方面12的方法,其中加热在100至300℃、优选150至250℃的温度下进行;并且持续至多达20分钟、优选至多达10分钟、更优选至多达5分钟的时间。
方面14:一种包含方面12或方面13的粉末涂层的制品。
方面15:根据方面1的制品,其中固化的涂料粉末具有以下中的至少一种:大于120℃、大于140℃、优选大于150℃、更优选大于180℃、最优选大于190℃的玻璃化转变温度;高于具有相同组成但用双酚A类环氧树脂代替二环氧苯并[c]吡咯酮的粉末涂层的玻璃化转变温度;大于具有相同组成但用双酚A类环氧树脂代替二环氧苯并[c]吡咯酮的粉末涂层的硬度;根据ASTM 2244测定的在252kJ/m2的曝光后小于或等于1.0、优选在252kJ/m2的曝光后小于或等于0.7、更优选在252kJ/m2的曝光后为0.5的ΔE色差值;以及根据ASTM D-523测量的75至120、优选80至110的光泽度。
本文公开的组合物、方法和制品可以替代地包含本文公开的任何合适的组分或步骤、由本文公开的任何合适的组分或步骤组成、或基本上由本文公开的任何合适的组分或步骤组成。组合物、方法和制品可另外或替代地配制成使得不含或基本不含任何对实现组合物、方法和制品的功能和/或目的非必需的步骤、组分、材料、成分、佐剂或物质。
本文公开的所有范围包括端点,并且端点可彼此独立地组合。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。术语“一个”和“一种”和“该”不表示数量的限制,并且应被解释为涵盖单数和复数,除非本文另有说明或明确地与上下文相矛盾。除非另有明确说明,“或”表示“和/或”。术语“其组合”包括所列元素中的一个或多个,并且接受未列出的一个或多个相似元素。所描述的元素可以在各种实施方式中以任何合适的方式组合。
使用标准命名法描述化合物。例如,任何未被任何指定基团取代的位置应理解为其化合价由所示的键或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的破折号(“-”)用于表示取代基的连接点。例如,-CHO通过羰基的碳连接。术语“烷基”是指支链或直链不饱和脂族烃基,例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基和正己基和仲己基。“烯基”是指具有至少一个碳-碳双键的直链或支链的单价烃基(例如乙烯基(-HC=CH2))。“烷氧基”是指通过氧(即烷基-O-)连接的烷基,例如甲氧基、乙氧基和仲丁氧基。“亚烷基”是指直链或支链的饱和二价脂族烃基(例如亚甲基(-CH2-)或亚丙基(-(CH2)3-))。“环烷基”是指二价环状烷基-CnH2n-x,其中x是被环化取代的氢的数。“烷基亚芳基”是指被烷基取代的亚芳基。“芳基亚烷基”是指被芳基取代的亚烷基(例如苄基)。
除非另外具体指出取代基,否则前述基团中的每一个可以是未取代的或取代的,条件是取代不会显著不利地影响化合物的合成、稳定性或用途。“取代的”是指化合物、基团或原子被至少一个(例如1、2、3或4个)取代基代替氢取代,其中每个取代基独立地为硝基(-NO2)、氰基(-CN)、羟基(-OH)、卤素、硫醇(-SH)、硫氰基(-SCN)、C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C1-6卤代烷基、C1-9烷氧基、C1-6卤代烷氧基、C3-12环烷基、C5-18环烯基、C6-12芳基、C7-13芳基亚烷基(例如苄基)、C7-12烷基亚芳基(例如甲苯基)、C4-12杂环烷基、C3-12杂芳基、C1-6烷基磺酰基(-S(=O)2-烷基)、C6-12芳基磺酰基(-S(=O)2-芳基)或甲苯磺酰基(CH3C6H4SO2-),条件是不超过取代原子的正常价,并且该取代不会显著不利地影响化合物的制造、稳定性或所需性质。当化合物被取代时,指定数目的碳原子是化合物或基团中的碳原子总数,包括任何取代基的碳原子。
除非本文另有相反说明,否则所有测试标准均为本申请提交日期的最新标准,或者,如果要求优先权,则为出现测试标准的最早优先权申请的提交日期。
除非另外定义,否则本文使用的技术和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。所有引用的专利、专利申请和其他参考文献都通过引用整体并入本文。虽然已经描述了特定实施方式,但是申请人或本领域其他技术人员可以发现无法预见或目前可能无法预见的替代、修改、变化、改进和实质等同物。因此,所提交的以及可能修改的所附权利要求旨在涵盖所有这些替代、修改变化、改进和实质等同物。
Claims (14)
5.根据前述权利要求中任一项所述的涂料粉末,其中,所述二环氧苯并[c]吡咯酮具有
通过高效液相色谱法测定的大于60%、优选大于70%、优选大于80%、优选大于90%、优选大于95%、优选大于98%、或优选大于99%的纯度,或
相对于理论环氧当量,1.0至1.5、优选1.0至1.2、优选1.0至1.15、优选1.0至1.1的环氧当量,或
所述纯度与所述环氧当量的组合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的涂料粉末,
其中,所述固化剂为脂族胺、脂环族胺、芳族胺、与环氧树脂的胺官能加合物、曼尼希碱、聚酰胺、酰胺基胺、酚醛胺、双氰胺、多元羧酸官能的聚酯、羧酸酐、胺-甲醛树脂、酚醛树脂、聚硫化物、聚硫醇、咪唑类、咪唑类加合物、路易斯酸、二芳基碘鎓盐或它们的组合;
优选地,其中所述固化剂是芳族胺、芳族二酐、双环酸酐、双氰胺、双氰胺加合物、咪唑类、咪唑类加合物或它们的组合;
优选地,其中所述固化剂是4,4'-二氨基二苯基甲烷、4,4'-二氨基二苯基砜、间苯二胺、甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐、双氰胺、双氰胺的酰胺加合物、咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、2-甲基-4-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2,4-二乙基咪唑、双氰胺-咪唑加合物、环氧树脂-咪唑加合物或它们的组合;
更优选地,其中所述固化剂是4,4'-二氨基二苯基砜、双氰胺、咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、双氰胺-咪唑加合物、双酚A环氧树脂-咪唑加合物或它们的组合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的涂料粉末,还包含与所述二环氧苯并[c]吡咯酮可共固化的辅助环氧树脂组分,其中,所述辅助环氧树脂组分为脂族环氧树脂、脂环族环氧树脂、芳族环氧树脂、多芳族环氧树脂、苯酚酚醛环氧树脂、甲酚-酚醛环氧树脂、联苯环氧树脂、三缩水甘油基对氨基苯酚、四缩水甘油基二氨基二苯基甲烷、萘环氧树脂、二乙烯基苯二氧化物、2-缩水甘油基苯基缩水甘油醚、二环戊二烯环氧树脂或它们的组合;优选地,其中,辅助组分在23℃下是固体或半固体。
8.根据前述权利要求中任一项所述的涂料粉末,还包含添加剂,其中,所述添加剂为流动控制剂、干流动剂、抗氧化剂、颜料、染料、光亮剂、增量剂、热稳定剂、光稳定剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收化合物、近红外光吸收化合物、红外光吸收化合物、增塑剂、润滑剂、抗静电剂、防雾剂、抗菌剂、辐射稳定剂、阻燃剂、抗滴落剂、香料或它们的组合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的涂料粉末,其中,所述颗粒具有10至100微米的平均粒度。
10.一种形成前述权利要求中任一项所述的涂料粉末的方法,包括
熔融共混所述二环氧苯并[c]吡咯酮、所述固化剂和任选的所述辅助环氧树脂组分;以及
由熔融的共混物形成粉末。
11.一种制造粉末涂覆的制品的方法,所述方法包括
将权利要求1至9中任一项或多项所述的涂料粉末施加到所述制品的表面;以及
加热施加的所述涂料粉末以熔融并融合所述颗粒以形成膜并固化所述膜以形成粉末涂层。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,所述加热在100至300℃、优选150至250℃的温度下进行;并且持续至多达20分钟、优选至多达10分钟、更优选至多达5分钟的时间。
13.一种制品,包含权利要求11或权利要求12所述的粉末涂层。
14.根据权利要求1所述的制品,其中,所述粉末涂层具有以下中的至少一种:
大于120℃、大于140℃、大于150℃、大于180℃、优选大于190℃的玻璃化转变温度;
高于具有相同组成但用双酚A类环氧树脂代替所述二环氧苯并[c]吡咯酮的粉末涂层的玻璃化转变温度;
大于具有相同组成但用双酚A类环氧树脂代替所述二环氧苯并[c]吡咯酮的粉末涂层的硬度;
根据ASTM 2244测定的在252kJ/m2的曝光后小于或等于1.0、优选在252kJ/m2的曝光后小于或等于0.7、更优选在252kJ/m2的曝光后为0.5的ΔE色差值;或
根据ASTM D-523测量的75至120、优选80至110的光泽度。
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