CN115948106A - 一种低温固化粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

一种低温固化粉末涂料及其制备方法 Download PDF

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李哲
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Abstract

本发明公开了一种低温固化粉末涂料,包括如下重量份数的原料:聚酯树脂80‑95份,TGIC(异氰尿酸三缩水甘油酯)3‑10份,钛白粉10‑15份,硫酸钡10‑20份,安息香0.3‑0.5份,流平剂0.3‑0.5份,木质素/纳米氧化锌复合材料5‑20份;木质素/纳米氧化锌复合材料中木质素与纳米氧化锌的质量比为1:2‑7。木质素/纳米氧化锌复合材料通过外混方式加入,所得粉末涂料储存时间长且更稳定,且具有表面消光特性。

Description

一种低温固化粉末涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域,尤其是涉及一种低温固化粉末涂料及其制备方法。
背景技术
粉末涂料常以环氧、聚酯、丙烯酸等有机树脂作为基体,通过添加固化剂、颜填料与助剂等原料,经混炼、压片、破碎、研磨、过筛制得粉体涂料,具有节能环保、涂装高效、防护性好、可回收再利用的特点,是一种生态环保涂料。随着粉末涂料生产工艺革新,涂装设备、施工应用取得突破性进展,粉末涂料已经进入各个生产加工行业,行业地位越来越重要,市场发展前景也越来越广阔。
目前粉末涂料的主要品种有环氧粉末、聚酯/TGIC粉末、聚酯/Primid粉末、聚氨酯粉末、丙烯酸粉末、氟碳粉末等品种,其中聚酯/TGIC粉末涂料在耐候性粉末涂料中所占比例最大,除具有优异的耐候性,还具有良好的装饰性和物理性能,是耐候粉末涂料中性价比最高的品种。
热固性粉末涂料比液体工业涂料具有更好的贮存稳定性,但要确保粉末涂料贮存在受控的温度下,高温贮存会对粉末涂料造成永久性损坏。粉末涂料生产商通常规定粉末涂料可以在25℃以下、相对湿度50%~65%且远离日光曝晒的环境中贮存1年,但由于很多粉末涂料生产商以及喷涂厂家的贮存条件达不到上述要求,因而并非每一种粉末涂料、每一批次粉末涂料均可达到此贮存要求。贮存在合理环境中粉末涂料可在规定的贮存期正常使用,而低温固化粉末涂料在高于27℃的环境中长期贮存可能会出现结块和化学性能退化从而失去应用价值。
有机-无机杂化材料具有良好的兼容性、协同效应和其他优势,近年来得到了广泛的关注。木质素作为一种清洁、可再生的生物质资源,对于解决化石燃料的短缺和全球环境问题具有重要的价值。木质素储量丰富,且产量每年还在继续增长,但其仍未得到有效利用。不同于其他生物质资源,木质素是由三种苯丙烷单元构成的三维无定形聚合物,其结构中含有大量的芳香环,具有一定的刚性和耐热性;同时,木质素含有大量的羟基可供化学改性,木质素的这些特性使其成为制备有机-无机杂化材料的极佳生物质原料。
作为一个重要的无机材料家族成员,纳米氧化锌(ZnO)已被广泛用于制备复合材料。纳米氧化锌是指粒径介于1~100nm的ZnO,它具有纳米材料和ZnO的双重特性,具有大的比表面积以及化学反应活性;具有许多特殊的性质,如,非迁移性、荧光性、吸收和散射紫外线能力等,可应用于光催化、电子、医疗等各个领域。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明提供了一种低温固化的粉末涂料及其制备方法。本发明所制备的粉末涂料具有更加优异的抗紫外线老化性能,木质素/ZnO纳米复合材料可以作为一种有用的紫外线屏蔽剂用于粉末涂料。
本发明的技术方案如下:
本发明的第一个目的是提供一种低温固化粉末涂料,包括如下重量份数的原料:聚酯树脂80-95份,TGIC(异氰尿酸三缩水甘油酯)3-10份,钛白粉10-15份,硫酸钡10-20份,安息香0.3-0.5份,流平剂0.3-0.5份,木质素/纳米氧化锌复合材料5-20份;木质素/纳米氧化锌复合材料中木质素与纳米氧化锌的质量比为1:2-7。
在本发明的一个实施例中,所述木质素/纳米氧化锌复合材料的制备方法为:
将六水合硝酸锌和六亚甲基四胺溶解在去离子水中,之后加入木质素,混合均匀后,加热至130-140℃,反应4-6h;
反应结束后,冷却至室温,抽滤并用去离子水清洗沉淀产物,干燥,制得所述木质素/纳米氧化锌复合材料。
优选地,首先配制0.05-0.06g/mL六亚甲基四胺水溶液,然后加入10-12g硝酸锌六水合物Zn(NO3)2·6H2O,连续搅拌2-5h后,加入0.5-2g木质素,130-140℃反应4-6小时,冷却到室温,抽滤后用去离子水清洗固体产物,真空干燥24-48小时后得到固体粉末,为木质素/纳米氧化锌复合材料。
在本发明的一个实施例中,六水合硝酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比为1:1-1.2。
在本发明的一个实施例中,所述聚酯树脂为TGIC固化聚酯树脂,聚酯树脂酸值为25-50mgKOH/g,玻璃化温度为55-70℃。
在本发明的一个实施例中,所述钛白粉、硫酸钡的粒径为0.5-5μm。
在本发明的一个实施例中,所述流平剂为埃斯特伦化学的P-67A、PL-200、PL-210、PV-88、PH-240、P-64F中的一种或多种。
本发明的第二个目的是提供一种所述低温固化粉末涂料的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:各原料以重量份数计;
(1)将80-95份聚酯树脂、3-10份TGIC、10-15份钛白粉、10-20份硫酸钡、0.3-0.5份安息香和0.3-0.5份流平剂混合后,加入高速混合机中分散均匀,得到预混料;
(2)将预混料加入双螺杆挤出机中混炼挤出,之后双辊压片,冷却至室温后粉碎、过80-200目筛,再通过外混的方式加入5-20份木质素/纳米氧化锌复合材料,制得所述低温固化粉末涂料。
在本发明的一个实施例中,步骤(1)中,高速混合机中分散的转速为1000-3000rpm。
在本发明的一个实施例中,步骤(2)中,所述双螺杆挤出机挤出的温度为100-120℃。
在本发明的一个实施例中,步骤(2)中,外混条件为:1000-3000rpm下混合5-10分钟。
本发明有益的技术效果在于:
本发明将木质素进行改性,利用其与纳米ZnO制备复合材料并用于粉末涂料。木质素/ZnO纳米复合材料由于其优异的界面接触而表现出优异的协同紫外线吸收性能。所制备的粉末涂料具有更加优异的抗紫外线老化性能,木质素/ZnO纳米复合材料可以作为一种有用的紫外线屏蔽剂用于粉末涂料。此外,纳米氧化锌还表现出一定的催化性能,利用催化剂外混法,提升了粉末涂料的贮存稳定性,有以下优势:外混相比挤出机内挤,后续可操作空间大,可在使用前再加入,储存稳定性好,可消光,可以显著降低固化温度,实现低温固化。
附图说明
图1为实施例1-3和对比例1-2所得粉末涂料的DSC曲线;
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明进行具体描述。
本发明实施例中采用的木质素来源于山东龙力生物科技股份有限公司,酚羟基含量≥3%。
实施例1
一种低温固化粉末涂料及其制备方法,包括如下步骤:
木质素/纳米氧化锌复合材料制备:首先配制0.05g/mL六亚甲基四胺水溶液,然后加入10g硝酸锌六水合物Zn(NO3)2·6H2O,连续搅拌2h后,加入0.5g木质素,130℃反应6小时,冷却到室温,抽滤后,用去离子水清洗固体产物,真空干燥24小时后得到固体粉末,为木质素/纳米氧化锌复合材料。
将聚酯树脂(YZ9803,江苏百思德新材料有限公司)85份、异氰尿酸三缩水甘油酯TGIC 5份、钛白粉(粒径10μm)10份、硫酸钡(粒径10μm)10份、安息香0.3份、流平剂P-67A0.3份加入高速混合机2000rpm下混合10分钟,得到混合粉末;
将制得的混合粉末加入双螺杆挤出机中110℃混炼挤出,之后双辊压片,冷却至室温后粉碎、过100目筛,制得所述粉末涂料,再外混5份木质素/纳米氧化锌复合材料,高速混合机2000rpm下混合10分钟制得最终的粉末涂料。
实施例2
一种低温固化粉末涂料及其制备方法,包括如下步骤:
木质素/纳米氧化锌复合材料由以下步骤制备得到:首先配制0.05g/mL六亚甲基四胺水溶液,然后加入11g硝酸锌六水合物Zn(NO3)2·6H2O,连续搅拌5h后,加入1.5g木质素,140℃反应5小时,冷却到室温,抽滤后用去离子水清洗固体产物,真空干燥36小时后得到固体粉末,为木质素/纳米氧化锌复合材料。
将聚酯树脂(YZ9803,江苏百思德新材料有限公司)95份、异氰尿酸三缩水甘油酯TGIC 10份、钛白粉(粒径10μm)15份、硫酸钡(粒径10μm)15份、安息香0.4份、流平剂PL-2000.4份加入高速混合机2000rpm下混合10分钟,得到混合粉末;
将制得的混合粉末加入双螺杆挤出机中110℃混炼挤出,之后双辊压片,冷却至室温后粉碎、过100目筛,制得所述粉末涂料,再外混10份木质素/纳米氧化锌复合材料,高速混合机3000rpm下混合5分钟制得最终的粉末涂料。
实施例3
一种低温固化粉末涂料及其制备方法,包括如下步骤:
木质素/纳米氧化锌复合材料由以下步骤制备得到:首先配制0.06g/mL六亚甲基四胺水溶液,然后加入12g硝酸锌六水合物Zn(NO3)2·6H2O,连续搅拌5h后,加入2g木质素,140℃反应4小时,冷却到室温,抽滤后用去离子水清洗固体产物,真空干燥48小时后得到固体粉末,为木质素/纳米氧化锌复合材料。
将聚酯树脂(YZ9803,江苏百思德新材料有限公司)90份、异氰尿酸三缩水甘油酯TGIC 3份、钛白粉(粒径10μm)15份、硫酸钡(粒径10μm)15份、安息香0.5份、流平剂PL-2100.5份加入高速混合机2000rpm下混合10分钟,得到混合粉末;
将制得的混合粉末加入双螺杆挤出机中110℃混炼挤出,之后双辊压片,冷却至室温后粉碎、过100目筛,制得所述粉末涂料,再外混20份木质素/纳米氧化锌复合材料,高速混合机1000rpm下混合10分钟制得最终的粉末涂料。
对比例1
一种低温固化粉末涂料及其制备方法,包括如下步骤:
将聚酯树脂(YZ9803,江苏百思德新材料有限公司)90份、异氰尿酸三缩水甘油酯TGIC 5份、钛白粉(粒径10μm)15份、硫酸钡(粒径10μm)15份、安息香0.5份、流平剂PL-2100.5份,纳米氧化锌0.2份加入高速混合机2000rpm下混合10分钟,得到混合粉末;将制得的混合粉末加入双螺杆挤出机中110℃混炼挤出,之后双辊压片,冷却至室温后粉碎、过筛,制得所述粉末涂料。
对比例2
一种低温固化粉末涂料及其制备方法,包括如下步骤:
将聚酯树脂(YZ9803,江苏百思德新材料有限公司)90份、异氰尿酸三缩水甘油酯TGIC 5份、钛白粉(粒径10μm)15份、硫酸钡(粒径10μm)15份、安息香0.5份、流平剂PL-2100.5份加入高速混合机2000rpm下混合10分钟,得到混合粉末;将制得的混合粉末加入双螺杆挤出机中110℃混炼挤出,之后双辊压片,冷却至室温后粉碎、过筛,制得所述粉末涂料,在外混添加0.2份纳米氧化锌,高速混合机1000rpm下混合10分钟制得最终的粉末涂料。
本发明实施例1-3及对比例1-2所得粉末涂料的性能测试如表1所示。
表1
Figure BDA0004041732390000061
由表1可知,通过外加纳米氧化锌法制备的粉末涂料具有更加优异的稳定性,使用涂料的终端客户可以选择在使用涂料涂装之前再加入催化剂。而木质素的加入,进一步提升了粉末涂料储存稳定性,涂层的硬度提升,光泽度下降,可以制备低光泽的涂层,满足不同应用领域需求。此外,木质素的加入还可以提升涂层的耐候性,人工加速老化实验说明,木质素具有紫外屏蔽作用,可以提高涂层耐老化性,可用于室外粉末涂料。
用差示扫描量热仪测试了粉末涂料的DSC曲线如图1所示,从曲线可知,随着纳米氧化锌加入量的增加,粉末涂料的放热峰温度逐渐降低,这说明纳米氧化锌催化了固化反应的进行,使涂料在低温下即可固化。

Claims (10)

1.一种低温固化粉末涂料,其特征在于,包括如下重量份数的原料:
Figure FDA0004041732380000011
木质素/纳米氧化锌复合材料中木质素与纳米氧化锌的质量比为1:2-7。
2.根据权利要求1所述的低温固化粉末涂料,其特征在于,所述木质素/纳米氧化锌复合材料的制备方法为:
将六水合硝酸锌和六亚甲基四胺溶解在去离子水中,之后加入木质素,混合均匀后,加热至130-140℃,反应4-6h;
反应结束后,冷却至室温,抽滤并用去离子水清洗沉淀产物,干燥,制得所述木质素/纳米氧化锌复合材料。
3.根据权利要求2所述的低温固化粉末涂料,其特征在于,六水合硝酸锌与六亚甲基四胺的摩尔比为1:1-1.2。
4.根据权利要求1所述的低温固化粉末涂料,其特征在于,所述聚酯树脂为TGIC固化聚酯树脂,聚酯树脂酸值为25-50mgKOH/g,玻璃化温度为55-70℃。
5.根据权利要求1所述的低温固化粉末涂料,其特征在于,所述钛白粉、硫酸钡的粒径为0.5-5μm。
6.根据权利要求1所述的低温固化粉末涂料,其特征在于,所述流平剂为埃斯特伦化学的P-67A、PL-200、PL-210、PV-88、PH-240、P-64F中的一种或多种。
7.一种权利要求1所述低温固化粉末涂料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:各原料以重量份数计;
(1)将80-95份聚酯树脂、3-10份TGIC、10-15份钛白粉、10-20份硫酸钡、0.3-0.5份安息香和0.3-0.5份流平剂混合后,加入高速混合机中分散均匀,得到预混料;
(2)将预混料加入双螺杆挤出机中混炼挤出,之后采用双辊压片,冷却至室温后粉碎、过80-200目筛,再通过外混的方式加入5-20份木质素/纳米氧化锌复合材料,制得所述低温固化粉末涂料。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,高速混合机中分散的转速为1000-3000rpm。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述双螺杆挤出机挤出的温度为100-120℃。
10.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,外混条件为:1000-3000rpm下混合5-10分钟。
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