超低固化粉末涂料的制作方法
【專利說明】超低固化粉末涂料
【背景技術(shù)】
[0001] 粉末涂料是不含溶劑的100%固體涂料體系，其已被用作傳統(tǒng)的液體涂料和油漆 的低VOC和低成本替代物。
[0002] 有時(shí)利用環(huán)氧化物交聯(lián)劑例如異氰尿酸三縮水甘油酯（TGIC)來(lái)配制聚酯粉末涂 料以提供具有最佳硬度、柔韌性、耐氣候性和光澤度以及其它有益性能的涂料。然而，含 TGIC的涂料組合物通常不能在低于140°C的溫度下固化而不嚴(yán)重?fù)p害涂層性能，例如平滑 度、光澤度、柔韌性和其它機(jī)械性能。不能在較低溫度下固化還降低了含TGIC的粉末涂料 在溫度敏感性應(yīng)用中的有用性。另一方面，使用較高溫度的固化周期來(lái)生產(chǎn)有效涂料增加 了能量消耗（尤其是對(duì)于大基材）并降低了涂料生產(chǎn)速度。
[0003] 由上文所述，應(yīng)當(dāng)理解的是：需要基于聚酯樹脂的粉末涂料，其能在低溫下固化， 同時(shí)提供卓越的耐氣候特征和耐久性，而不損害其它涂層性能，例如柔韌性、光澤度等等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本文所述的粉末涂料組合物包含羧基官能化聚酯樹脂，其酸值為約45-65 ;和固 化劑或交聯(lián)劑。此外，所述組合物還包含至少一種沖擊改性劑，和鑰離子催化劑。本文所述 的組合物能夠在約120-135°C的溫度下完全固化。
[0005] 在另一種實(shí)施方式中，本說明書包括涂布基材的方法。所述方法包括：提供基材 以及在所述基材上涂覆至少一種粉末組合物，其中所述粉末組合物包含羧基官能化聚酯樹 月旨，其酸值為約45-65 ;和固化劑。此外，所述組合物還包含至少一種沖擊改性劑，和鑰離子 催化劑。然后，在約120-135?的溫度下使涂覆到基材上的組合物固化。
[0006] 下文陳述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式和方面的細(xì)節(jié)。本發(fā)明的其它特征、目 的和優(yōu)點(diǎn)可由本說明書和權(quán)利要求明顯獲得。
[0007] 選擇的定義
[0008] 除非另外說明，當(dāng)在本文中使用時(shí)，如下術(shù)語(yǔ)具有下文提供的含義。
[0009] 當(dāng)在"涂層涂覆在表面或基材上"的語(yǔ)境中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"在……上"包括涂層直接 地或間接地涂覆到表面或基材上的涂層。因此，例如，涂層涂覆到基材上的底漆層上被視為 涂層涂覆在基材上。此外，當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"基材"指的是未經(jīng)處理、未涂底漆或經(jīng) 清潔噴砂的基材，并且還指已涂底漆或已通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種方法進(jìn)行預(yù)處理 (例如，電涂處理）的表面。
[0010] 除非另有聲明，術(shù)語(yǔ)"聚合物"包括均聚物和共聚物二者（即兩種或更多種不同單 體的聚合物）。當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)"（甲基）丙烯酸酯"包括丙烯酸和甲基丙烯酸酯 單體二者、以及包含它們的均聚物和共聚物。
[0011] 在說明書和權(quán)利要求中出現(xiàn)術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"及其變體時(shí)，這些術(shù)語(yǔ)不具有限 制性含義。
[0012] 術(shù)語(yǔ)"優(yōu)選的"和"優(yōu)選地"是指在某些情況下可提供某些益處的本發(fā)明實(shí)施方式。 然而，在相同或其它情況下，其它實(shí)施方式也可能是優(yōu)選的。另外，一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選的實(shí)施 方式的敘述不意味著其它實(shí)施方式是無(wú)用的，也不旨在將其它實(shí)施方式排除在本發(fā)明范圍 外。
[0013] 當(dāng)在本文中使用時(shí)，"一種（a，an) "、"該（the) "、"至少一種"和"一種或多種"可 互換使用。因此，例如包含"一種"添加劑的涂料組合物可以被解釋為表示該涂料組合物包 含"一種或多種"添加劑。
[0014] 在本文中，通過端點(diǎn)對(duì)數(shù)值范圍的陳述包括該范圍內(nèi)包含的所有數(shù)字（例如，1至 5包括1、1.5、2、2.75、3、3. 80、4、5等等）。另外，一個(gè)區(qū)間的公開包括較寬區(qū)間內(nèi)包括的所 有子區(qū)間的公開（例如，1到5公開了 1到4、1. 5到4. 5、1到2等等）。
[0015] 發(fā)明詳述
[0016] 本文所述發(fā)明的實(shí)施方式包括用于粉末-涂布基材的組合物和方法。所述方法包 括：用于將至少第一粉末組合物涂覆到基材上的步驟，其中所述組合物包含聚酯樹脂、固化 劑、沖擊改性劑和鑰離子催化劑。所述方法還包括在約120-135?的溫度下使所述組合物固 化。
[0017] 在一種實(shí)施方式中，本文所述方法包括：將至少第一粉末組合物涂覆到基材上。所 述粉末組合物為在施加熱時(shí)熔融形成涂膜的可熔性組合物。使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方 法（例如，靜電噴涂方法）涂覆粉末以形成約10-約50 μ m、優(yōu)選地20-40 μ m的膜厚度。在 一個(gè)方面，將第一粉末組合物涂覆于金屬基材的干凈（即，未涂底漆）或經(jīng)預(yù)處理的表面， 即，可將第一粉末組合物涂覆于已經(jīng)經(jīng)過清潔噴砂的未涂底漆的金屬表面，或已通過本領(lǐng) 域技術(shù)人員已知的各種方法預(yù)處理（例如，電涂處理）的表面。
[0018] 在一種實(shí)施方式中，第一粉末組合物包含至少一種聚合物粘結(jié)劑。粉末涂料組合 物還可任選地包含一種或多種顏料、乳池劑（opacifying agent)或其它添加劑。
[0019] 合適的聚合物粘結(jié)劑通常包含成膜樹脂和用于該樹脂的固化劑。粘結(jié)劑可選自提 供期望的膜性質(zhì)的任何樹脂或樹脂的組合。聚合物粘結(jié)劑的合適實(shí)例包括無(wú)定型的和結(jié)晶 的熱固性和/或熱塑性材料，并可利用環(huán)氧樹脂、聚酯、聚氨酯、聚酰胺、丙烯酸類樹脂、聚 氯乙烯、尼龍、含氟聚合物、硅酮、其它樹脂、或它們的組合來(lái)制備。優(yōu)選使用熱固性材料作 為粉末涂料應(yīng)用中的聚合物粘結(jié)劑，環(huán)氧樹脂、聚酯和丙烯酸類樹脂是特別優(yōu)選的。如果期 望，彈性體樹脂可用于某些應(yīng)用中。在一個(gè)方面，根據(jù)經(jīng)粉末涂布的基材的期望最終用途， 本文所述的粉末組合物中包含特定的聚合物粘結(jié)劑或樹脂。例如，某些高分子量的聚酯表 現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性并且適于在用于內(nèi)部和外部應(yīng)用的基材上使用。類似地，無(wú)定型聚酯 用于其中期望清晰度、顏色和耐化學(xué)性的應(yīng)用中。
[0020] 優(yōu)選的粘結(jié)劑的實(shí)例包括以下：羧基官能化聚酯樹脂、用環(huán)氧官能化化合物（例 如，異氰脲酸三縮水甘油酯或TGIC)固化的羧基官能化聚酯樹脂、用聚合物型環(huán)氧樹脂固 化的羧基官能化聚酯樹脂、用縮水甘油基官能化丙烯酸類樹脂固化的羧基官能化聚酯樹 月旨、用聚合物型環(huán)氧樹脂固化的羥基官能化丙烯酸類樹脂。優(yōu)選地?zé)嵴T發(fā)固化反應(yīng)。
[0021] 在一種實(shí)施方式中，粉末組合物的聚合物粘結(jié)劑是羧基官能化的聚酯樹脂，優(yōu)選 地是適用于熱固性粉末組合物中與環(huán)氧官能化化合物一起使用的樹脂。按照慣例，具有低 酸值（即，小于約40)的樹脂是優(yōu)選的，因?yàn)檫@些樹脂產(chǎn)生平滑、有光澤的涂層，其具有良 好的機(jī)械特性和降低的對(duì)環(huán)氧官能化固化劑（例如，TGIC)的需求。具有高酸值（即，超過 約40)的樹脂要求提高水平的固化劑，這傳統(tǒng)上傾向于降低粉末涂料的Tg，從而導(dǎo)致在貯 存期間更趨向于固結(jié)。出乎意料地，如本文所述的羧基官能化的聚酯樹脂具有優(yōu)選地至少 約40、更優(yōu)選地約45-60的酸值，并且還展示了如利用低酸值樹脂時(shí)所看到的在貯存期間 對(duì)于良好抗固結(jié)性的高Tg，同時(shí)維持極好的平滑度和光澤度以及最佳的耐氣候特性。
[0022] 在一種實(shí)施方式中，羧基官能化的聚酯樹脂通過使芳族二酸（例如，間苯二甲酸） 與羥基官能化化合物（例如，二醇）反應(yīng)以一步工藝來(lái)制備。在一種實(shí)施方式中，為了實(shí)現(xiàn) 最佳的耐氣候性，主要使用的芳族酸是間苯二甲酸。不限于理論，可以認(rèn)為：當(dāng)二酸充分溶 于反應(yīng)介質(zhì)中時(shí)，可使用一步法。一些酸（例如，對(duì)苯二甲酸）難溶于反應(yīng)介質(zhì)中，因此不 太適用于其中羧基官能化的組合物是期望的終產(chǎn)物的一步法中。與間苯二甲酸相比，在樹 脂組合物中使用難溶的酸（例如，對(duì)苯二甲酸）還導(dǎo)致降低的耐氣候性。
[0023] 因此，在一個(gè)優(yōu)選的方面，在本文所述的方法和組合物中使用的羧基官能化聚酯 樹脂是通過一步法制備的間苯二甲酸衍生的聚酯樹脂，其酸值為優(yōu)選地至少約40、更優(yōu) 選地約45-60,且其分子量（Mn)為優(yōu)選地約1000-10000、更優(yōu)選地1500-7000、最優(yōu)選地 2000-2600〇
[0024] 為了使粉末涂料組合物有效，所述組合物必須抗固結(jié)或?qū)嵸|(zhì)上不固結(jié)，即，即使暴 露于特定條件，該粉末組合物也必須保持其微粒特征。通常通過使用Tg為45°C或更高的組 合物來(lái)維持粉末組合物的抗固結(jié)性。然而，當(dāng)在低于約140°C的降低的溫度下固化時(shí)，現(xiàn)有 技術(shù)的高Tg組合物未展示出最佳的聚結(jié)（coalescing)或調(diào)平（leveling)，從而導(dǎo)致成膜 差且機(jī)械性能不適當(dāng)。按照慣例，因此，通常用Tg較低的樹脂配制用于降低的溫度的粉末 涂料，這導(dǎo)致在貯存期間粉末涂料固結(jié)的趨勢(shì)增加并造成團(tuán)塊。出乎意料地，本文所述的羧 基官能化聚酯樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg)為至少50°C、更優(yōu)選地約55°C -70°C、最優(yōu)選地 約60°C -65°C，但其被包含在能夠在120°C _135°C的低溫下固化的粉末涂料組合物中而無(wú) 任何在高Tg時(shí)通常預(yù)期的聚結(jié)或固結(jié)問題。
[0025] 在一種實(shí)施方式中，本文所述的粉末組合物是熱固性組合物，其包含聚合物粘結(jié) 劑和固化劑或交聯(lián)劑。在一個(gè)方面，固化劑包括可被用作酸官能化或羧基封端的聚酯樹脂 的交聯(lián)劑的化合