CN111019090A - 一种新型抗紫外光老化粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种新型抗紫外光老化粉末涂料及其制备方法，涉及一种新型热固化型紫外光稳定剂及其制备，具体步骤为：(1)将含有羟基和二苯甲酮结构的化合物、环氧氯丙烷在惰性气体保护下搅拌溶解，然后在N2保护下滴加NaOH水溶液反应，用去离子水洗涤，过滤、烘干，得到含紫外光稳定剂的新型环氧树脂。(2)将合成的新型环氧树脂与其他环氧树脂混合作为粉末涂料中的环氧树脂组分使用，与无机填料、流平剂、固化剂、颜填料、聚酯一起混合、研磨，制备得到抗紫外光老化的粉末涂料。本发明中由于紫外光稳定剂充分是通过化学键连接在环氧树脂上，因此能与普通环氧树脂形成均匀共聚体系，光稳定剂和树脂涂层之间不会产生宏观相分离和析出，可以长期保证涂层的外观及抗光老化性能。

Description

一种新型抗紫外光老化粉末涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末涂料制备领域，具体地说，是一种用于汽车涂装领域的抗紫外光老化的粉末涂料及其制备方法。
背景技术
粉末涂料是由树脂和颜料、填料及助剂等组成的固体粉末状树脂涂料。和普通溶剂型涂料及水性涂料不同，它不使用溶剂和水作为分散介质，因此具有无溶剂污染、100％成膜、能耗低的特点。粉末涂料有热塑性和热固性两大类。热塑性粉末涂料的涂膜外观较差，与金属之间的附着力也差，所以在汽车涂装领域中应用极少，汽车涂装一般采用热固性粉末涂料。热固性粉末涂料是以热固性树脂为成膜物质，在烘干过程中树脂先熔融，再经化学交联后固化成平整坚硬的涂膜。热固性粉末涂料是由热固性树脂、固化剂、颜料、填料和助剂等组成，包括环氧树脂系、环氧-聚酯系、聚酯系、聚氨酯系、丙烯酸树脂系等，在汽车涂装领域中大量使用环氧树脂体系粉末涂料。
随着社会的发展和时代的进步，人们的生活水平也越来越好，汽车也已经走入千家万户，随着汽车使用量的增多，对汽车的性能要求也越来越高，如对于汽车表面的涂料来说，目前很多汽车的表面涂料都禁不起热带或者亚热带地区的户外长时间暴晒。这是因为粉末涂料在固化后形成高分子涂层，同所有的高分子材料一样，粉末涂料在户外环境中，由于日光照射，会出现外观改变和性能变差，如变色及拉伸强度、冲击强度和电性能下降等光老化现象。到达地面的太阳光中波长为290～400nm的紫外光是高分子材料光老化的关键所在，使用紫外光稳定剂是有机高分子涂料防紫外光老化的常见方法。
目前用于高分子材料光老化的紫外光稳定剂的品种很多，常用的光稳定剂基本都是小分子，大都是以共混方式将光稳定剂加入到热固性高分子树脂中制备成涂料，然后与树脂一起加工成型。这种方法简单实用，成本低廉，但对光稳定剂和高分子树脂的相容性和加工过程有较高要求，否则光稳定剂从体系中析出，不但不能发挥紫外光防护作用，而且会影响材料的外观和力学性能。另外，对于会经历日光长期曝晒和高温的使用场所而言，小分子光稳定剂在高温下会逐渐从高分子树脂体系中析出，防护效果不能持久。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术的不足，制备了一种新型的抗紫外光老化的环氧树脂，并将其以一定比例与普通环氧树脂、聚酯、固化剂、颜填料混合，制备成新型粉末涂料。这种新型粉末涂料中，紫外光稳定剂通过化学键连接在环氧树脂上，加热固化后形成网状交联结构的紫外光防护层，可实现抗紫外光稳定剂在要防护的目标材料的表面均匀涂覆。而且由于是通过化学键连接分布在体系中，光稳定剂和树脂之间不会产生宏观相分离，也不会在使用过程中出现宏观相分离而影响涂层的外观及力学性能，以及抗紫外光老化性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的目的之一是提供一种新型的含紫外光稳定剂的环氧树脂，其分子结构中如下所示：
Figure RE-GDA0002380114780000031
这种新型环氧树脂的特征在于，上述结构中含有一个由两个苯环之间由羰基相连接的结构(即二苯甲酮结构)。
这种新型环氧树脂的特征在于，上述结构中的A位置和B位置只能是氢原子，不能是除氢原子以外的其他原子或者取代基。
这种新型环氧树脂的特征在于，上述结构中R1～R8可以是氢原子，也可以是其他原子、分子或者取代基，但R1～R8的化学结构中必须至少含有一个环氧基团。
本发明并提供了一种新型含紫外光稳定剂的环氧树脂的制备方法，将含有羟基和二苯甲酮结构的化合物、环氧氯丙烷在20-30℃下混合，反应体系中充满惰性保护气体，加热至30-60℃搅拌5-15分钟使体系溶解均匀；然后反应体系升温至70℃，在N2保护下反应用恒压漏斗滴加质量浓度为30％的NaOH水溶液，滴加量为羟基和二苯甲酮结构的化合物与环氧氯丙烷总量的2-5倍。控制加热使体系温度维持在70℃～90℃之间。反应3-6小时后，减压蒸馏出过量的环氧氯丙烷。采用去离子水洗5～6次，过滤、烘干，最后得到含紫外光稳定剂的新型环氧树脂。
制备过程化学反应方程式如下：
Figure RE-GDA0002380114780000041
按所述的含羟基和二苯甲酮化合物中含有的羟基的摩尔数计算投入的环氧氯丙烷的摩尔数，必须使反应体系中羟基：环氧氯丙烷基的摩尔比为1:1-1:4；优选为1:2-1:3；
所述的惰性保护气体为氮气或氩气。
本发明提供的新型抗紫外老化粉末涂料，粉末涂料的原料包括：环氧树脂(由本发明的新型环氧树脂和普通环氧树脂混合而成)、无机填料、流平剂、固化剂、颜填料、聚酯。
本发明提供的新型抗紫外老化粉末涂料，将上述合成的新型环氧树脂与普通环氧树脂混合作为粉末涂料中的环氧树脂组分使用。按照质量百分比计算，本发明合成的新型含紫外光稳定剂的环氧树脂占25-60％，粉末涂料中经常使用的普通环氧树脂占40-75％。
所述的普通环氧树脂是指在粉末涂料中经常使用的环氧树脂，如双酚A环氧树脂、异氰尿酸三缩水甘油酯等，在公开文献和专利中有大量关于用于粉末涂料中环氧树脂的类型和结构的报道。
本发明只是改进了粉末涂料中环氧树脂的结构类型，而对于配方中的无机填料、流平剂、固化剂、颜填料、聚酯，使用的是在粉末涂料中经常使用的无机填料、流平剂、固化剂、颜填料、聚酯。在公开文献和专利中有大量关于用于粉末涂料中的无机填料、流平剂、固化剂、颜填料、聚酯环氧树脂的配方和添加比例的报道。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明中合成了一种化学结构上含有紫外光稳定剂的环氧树脂，在将其与普通环氧树脂相混合，形成均匀共聚体系，使得紫外光稳定剂可以均匀涂覆在要防护的目标材料表面，热固化后形成交联网状结构高分子层附着在材料表面。
(2)本发明中管稳定剂通过化学键连接分布在交联网络体系中，即使在长期加热和曝晒条件下，光稳定剂和树脂涂层之间也不会产生宏观相分离，不会影响涂层的外观及抗光老化性能。
附图说明
图1实施例1得到的新型含紫外光稳定剂的环氧树脂的红外光谱图；
图2实施例2得到的新型含紫外光稳定剂的环氧树脂的红外光谱图。
具体实施方式
实施例1
(1)分别称取4,4’-二羟基二苯甲酮2.14g、环氧氯丙烷1.84g，在25℃下混合，充入氮气保护气体，加热至50℃搅拌10分钟，体系溶解，变得澄清。然后反应体系升温至70℃，在N2保护下反应，用恒压漏斗滴加8g质量浓度为30％的NaOH水溶液，控制加热使体系温度维持在70℃～90℃之间，反应4小时后停止加热。减压蒸馏出过量的环氧氯丙烷，然后将体系用去离子水水洗、过滤、烘干，最后得到含紫外光稳定剂的新型环氧树脂。产率81.2％，反应方程式如下：
Figure RE-GDA0002380114780000061
该产物的红外光谱图见附图1，915cm-1处的峰表明生成了环氧结构。
(2)称取上一步所得新型环氧树脂产物2g、普通环氧树脂异氰尿酸三缩水甘油酯2g共混，加入聚酯树脂(聚对苯二甲酸戊二醇)、钛白粉、流平剂进行研磨，使之成为均匀粉末，得到粉末涂料产品。
本实例得到的粉末涂料经喷涂后，经过70℃下1100w/m2紫外光照射100小时的加速老化试验后，观察涂层表面光滑，没有起皱、起泡和出霜现象，说明防护层的在高温和高紫外光照射下，涂层的性能仍然良好。
实施例2
将实施例1中的4,4’-二羟基二苯甲酮替换为4羟基二苯甲酮， 4羟基二苯甲酮的加入量更改为1.98g，环氧氯丙烷1.84g仍然为 1.84g，质量浓度为30％的NaOH水溶液更改为7g。除反应物的量改变之外，其它操作步骤同实施例1中的步骤。产率84.7％。
本实例的反应方程式如下：
Figure RE-GDA0002380114780000071
该产物的红外光谱图见附图2，915cm-1处的峰表明生成了环氧结构。
实施例3
将实施例1中的4,4’-二羟基二苯甲酮替换为3,4-二羟基二苯甲酮。除反应物的类型改变之外，其它操作步骤同实施例1中的步骤。产率71.7％。
本实例的反应方程式如下：
Figure RE-GDA0002380114780000081
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型的含紫外光稳定剂的环氧树脂，其特征在于，分子结构式如下所示：
Figure FDA0002334960830000011
其中，结构式中的A位置和B位置为氢原子，结构式中的R1～R8至少含有一个环氧基团。
2.根据权利要求1所述的新型的含紫外光稳定剂的环氧树脂，其特征在于：结构式中的R1～R8还可以是氢原子或者其他原子、分子或者取代基。
3.一种新型含紫外光稳定剂的环氧树脂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
A：将含有羟基和二苯甲酮结构的化合物、环氧氯丙烷在20-30℃下混合，反应体系中充满惰性保护气体，加热至30-60℃搅拌5-15分钟使体系溶解均匀；
B：然后反应体系升温至70℃，在N2保护下反应用恒压漏斗滴加质量浓度为30％的NaOH水溶液，滴加量为羟基和二苯甲酮结构的化合物与环氧氯丙烷总量的2-5倍；
C：控制加热使体系温度维持在70℃～90℃之间；
D：反应3-6小时后，减压蒸馏出过量的环氧氯丙烷；
E：采用去离子水洗5～6次，过滤、烘干，最后得到含紫外光稳定剂的新型环氧树脂。
制备过程化学反应方程式如下：
Figure FDA0002334960830000021
4.如权利要求3所述的新型的热固化型紫外光稳定剂的制备方法，其特征在于，反应体系中羟基：环氧氯丙烷基的摩尔比为1:1-1:4。
5.如权利要求3所述的新型的热固化型紫外光稳定剂的制备方法，其特征在于，反应体系中羟基：环氧氯丙烷基的摩尔比为1:2-1:3。
6.如权利要求3所述的新型的热固化型紫外光稳定剂的制备方法，其特征在于，所述的惰性保护气体为氮气或氩气。
7.一种新型抗紫外老化粉末涂料，其特征在于，粉末涂料的原料包括：由权利要求1中的含紫外光稳定剂的环氧树脂和普通环氧树脂组成的混合环氧树脂、无机填料、流平剂、固化剂、颜填料、聚酯。
8.根据权利要求7所述的新型抗紫外老化粉末涂料，其特征在于，所述新型含紫外光稳定剂的环氧树脂占25-60％。
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