專利名稱：耐氣候老化的粉末涂料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種制備金屬和非金屬基材上的外部耐氣候老化粉末涂料的方法。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在涂布金屬時(shí)粉末涂料的裝飾性或功能性表面涂層具有廣泛的應(yīng)用，因?yàn)榇朔椒ň哂休^高的經(jīng)濟(jì)可行性并且從保護(hù)環(huán)境的觀點(diǎn)考慮評(píng)價(jià)較好。已經(jīng)開發(fā)出了許多粉末涂料配方以用于不同的領(lǐng)域。對(duì)于經(jīng)受紫外線輻射的涂層，例如那些暴露于室外條件下(建筑油漆、窗框、車庫門、金屬門、庭園家具、汽車部件等)的涂層來說，已經(jīng)開發(fā)出了穩(wěn)定的粉末涂料體系，例如基于具有末端羧基的聚酯樹脂的涂料體系。通常這些聚酯樹脂用低分子量、高官能度的交聯(lián)劑如多官能度的環(huán)氧化物或羥烷基酰胺來固化。
基于以芳族羧酸如對(duì)苯二甲酸或間苯二甲酸為基的聚酯的外部耐氣候老化粉末涂料已經(jīng)廣為人知并且已經(jīng)使用了一段時(shí)間。制備基于這些聚酯樹脂的粉末涂料是成本效果合算的，并且涂層具有良好的機(jī)械性能和耐候性，足以用于許多領(lǐng)域，特別是在氣候條件溫和的地方。這類粉末涂料體系用已知的傳統(tǒng)方法固化在基材上。
粉末涂料體系耐氣候老化性能的提高已經(jīng)有諸多嘗試了。例如已經(jīng)有人嘗試通過使用只由或主要由脂肪族和/或脂環(huán)族組分構(gòu)成的聚酯樹脂來改進(jìn)粉末涂料的耐氣候老化性。這些聚酯樹脂描述于，例如美國專利US-PS 5486988和歐洲專利0 561 102。盡管由這些樹脂制備的粉末涂料表現(xiàn)出改進(jìn)的耐氣候老化性，但它們的機(jī)械性能基本上都較差，并且與上述基于芳族羧酸的體系相比原材料成本較高。
因此本發(fā)明的目的是提供成本效果合算的沒有上述不足的粉末涂料涂層。具體地說，該粉末涂料應(yīng)當(dāng)滿足提高耐氣候老化性的要求，這樣它們才可以用于，例如氣候條件極端的地方而不會(huì)損傷涂層。
此目的可以通過下面的方法實(shí)現(xiàn)將基于含有芳族二羧酸、它們的酸酐和/或酯作為基本成分，并且用低分子量、多官能度環(huán)氧樹脂交聯(lián)的聚酯樹脂的粉末涂料涂層，利用近紅外區(qū)域內(nèi)(NIR)的輻射來固化。
此粉末涂料組合物可以含有，例如40-95重量％的聚酯和1-20重量％的低分子量多官能度環(huán)氧樹脂，其中其它傳統(tǒng)成分也可以傳統(tǒng)的用量存在，以使所有成分的總量達(dá)到100重量％。
聚酯的數(shù)均分子量Mn為，例如500-10000，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為，例如30-80℃。
聚酯可以含有羥基和/或羧基官能團(tuán)，其中如果存在此種官能化作用，則羥值可以是，例如10-200，而酸值可以是，例如10-200。
根據(jù)本發(fā)明所使用的NIR輻射是短波紅外輻射，其最大強(qiáng)度的波長(zhǎng)范圍是約760-約1500納米，優(yōu)選780-1200納米。利用NIR輻射來使漆料干燥是普遍已知的(Kai Br，JOT2/98)。按照此方法，在高強(qiáng)度NIR輻射的協(xié)助下粉末涂料可以在短時(shí)間內(nèi)固化，而不會(huì)對(duì)基材產(chǎn)生任何實(shí)質(zhì)上的加熱。
令人驚訝的是發(fā)現(xiàn)基于含有芳族二羧酸如對(duì)苯二甲酸或間苯二甲酸、它們的酸酐和/或酯作為基本結(jié)構(gòu)單元，同時(shí)含有低分子量、多官能度的環(huán)氧化物作為交聯(lián)劑的聚酯樹脂的粉末涂料在用NIR輻射固化時(shí)，具有比通常用這類樹脂體系以傳統(tǒng)方法，例如在循環(huán)空氣加熱爐中進(jìn)行固化所產(chǎn)生的耐候性要好地多的耐氣候老化性。涂層的機(jī)械性能如柔韌性至少與用傳統(tǒng)固化方法所產(chǎn)生的柔韌性處于同一水平。此外，NIR固化與傳統(tǒng)的加熱爐固化相比，能夠?qū)嵸|(zhì)性地縮短固化時(shí)間。
可以用于本發(fā)明方法的粉末涂料配方中含有羥基和/或羧基官能化的聚酯作為基料的基礎(chǔ)，該聚酯含有芳族二羧酸、它們的酸酐和/或酯例如對(duì)苯二甲酸或間苯二甲酸作為酸結(jié)構(gòu)單元的唯一或主要成分，它們與傳統(tǒng)的脂肪族二醇例如新戊二醇、乙二醇、丁二醇、己二醇或二甘醇或環(huán)己烷二甲醇反應(yīng)。其它芳族二羧酸的例子是萘-2，6-二羧酸、萘-1，5-二羧酸和苯二甲酸。優(yōu)選使用基于對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸或它們的酸酐的羧基官能化聚酯。
相對(duì)于聚酯中的二羧酸部分，優(yōu)選芳族二羧酸大于50％的酸組成，特別優(yōu)選對(duì)苯二甲酸和/或間苯二甲酸或者它們的酸酐和/或酯大于50重量％的酸組成。
任選地脂肪族和/或脂環(huán)族二羧酸，例如己二酸或環(huán)己烷二羧酸被用作次要組分，其中脂肪族和/或脂環(huán)族二羧酸部分不超過50％，相對(duì)于聚酯中的二羧酸部分。至于其它組分，聚酯樹脂中可以含有少量的多官能度支化劑如甘油或三羥甲基丙烷，以及添加劑如加速劑。還可能使用不同聚酯的混合物。根據(jù)本發(fā)明可以使用的聚酯可以通過傳統(tǒng)的將二羧酸、它們的酸酐和/或酯與二醇反應(yīng)來制備，例如參見D.A.Bates，“The Science of Powder Coatings(粉末涂料科學(xué))”，1和2卷，Gardiner House，London，1990。
適用于本發(fā)明方法中的粉末涂料配方含有一定量的低分子量、多官能度環(huán)氧化物作為交聯(lián)組分以用于固化。用量通常是1-20重量％，相對(duì)于聚酯/環(huán)氧化物體系。可以用作交聯(lián)劑的有，例如異氰酸三縮水甘油酯(TGIC)、基于對(duì)苯二甲酸/苯偏三酸的多縮水甘油基酯(例如可購于汽巴精化公司，商標(biāo)名為AralditePT 910)、多官能度脂肪族環(huán)氧乙烷化合物如DSM樹脂公司提供的商標(biāo)名為Uranox的化合物、或縮水甘油基官能化的(甲基)丙烯酸酯共聚物。
含有聚酯和環(huán)氧化物交聯(lián)劑的粉末涂料配方可以任選地含有其它傳統(tǒng)組分，例如顏料和/或填料，以及任選地其它傳統(tǒng)添加劑如流動(dòng)控制劑、脫氣劑和/或加速劑。它們以本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所熟知的用量加入，例如使用0-50重量％的顏料和/或填料以及0.02-3重量％的傳統(tǒng)添加劑。
本發(fā)明的粉末涂料是通過已知的擠出/碾磨法來制備的，該方法對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員而言是熟知的。也可以使用其它方法，例如用超臨界溶液噴霧法或非水性分散法來制備粉末。
在本發(fā)明的方法中，上述粉末涂料用已知的粉末施涂工藝施涂到要涂布的基材上，例如用靜電噴涂法，然后熔融并用NIR輻射照射來固化，此NIR輻射的最大強(qiáng)度分布區(qū)域在，例如800-1200納米，照射時(shí)間為，例如1-200秒，優(yōu)選1-30秒。適用于本發(fā)明涂布方法的輻射元件是市售的，例如購于SerVis工業(yè)公司(Industrie SerVisCo.)；例如可以使用輻射元件溫度達(dá)到3500K的鹵素?zé)簟Ｒ部梢允褂脗鹘y(tǒng)熱源(紅外輻射、對(duì)流加熱爐)和任選地與其它反射鏡/透鏡系統(tǒng)的組合。
優(yōu)選使用沒有其它組合的NIR輻射來進(jìn)行固化。
與基于相同樹脂的傳統(tǒng)固化粉末涂料涂層相比，根據(jù)本發(fā)明方法得到的涂層具有特別的流動(dòng)特性、良好的機(jī)械性能和大大改善的耐氣候老化性能。
粉末涂層所需的光澤度可以通過改變粉末涂料配方來調(diào)節(jié)?？赡軙?huì)生成高光澤度或絲光(Silk-finish)或無光澤的涂層。
根據(jù)本發(fā)明方法得到的粉末涂料可以用在所有需要耐氣候老化性的領(lǐng)域。金屬如鋁、鐵或其它木基材料如中等密度纖維板(MDF)或不同材料的混合物都可以用作基材。由于所得到的涂層的良好機(jī)械性能，特別是柔韌性，該方法也特別適用于涂布線圈或預(yù)涂布的金屬(PCM)。
根據(jù)本發(fā)明的方法，通過使用成本效果合算的原材料可以經(jīng)濟(jì)可行地制備具有優(yōu)越性能的外部耐氣候老化粉末涂層，并且明顯減少了固化時(shí)間。
下列實(shí)施例用來解釋本發(fā)明制備粉末涂料列于表中的粉末涂料配方用傳統(tǒng)用來制備粉末涂料的方法，通過各組分的劇烈混合，擠出和碾磨轉(zhuǎn)化為涂料粉末。
使用電暈噴涂槍將粉末以相同的層厚靜電施涂到鋁測(cè)試板上。使用根據(jù)本發(fā)明的方法，在購于SerVis工業(yè)公司(Industrie SerVisCo.)的500W NIR輻射元件提供的strip unit中進(jìn)行固化，功率/單位面積為120kW/m2。固化時(shí)間分別為實(shí)施例1為5秒，實(shí)施例2為12.5秒，實(shí)施例3為15秒，實(shí)施例4為8秒。在輻射元件與基材之間的距離為50毫米的條件下進(jìn)行固化。
至于對(duì)比例的情況，樣品在循環(huán)空氣加熱爐中200℃固化10分鐘。
表1粉末涂料組合物
*一種聚酯，其中酸組分含有對(duì)苯二甲酸和間苯二甲酸作為主要成分。
所有配方都含有4.2％的市售流動(dòng)控制劑和0.3％的脫氣輔助物。
耐氣候老化試驗(yàn)在耐氣候老化測(cè)試之前和之后均檢測(cè)機(jī)械性能，所有樣品的結(jié)果如下落球沖擊試驗(yàn)(ASTM D 2794)20英寸磅，棒軸柔韌性試驗(yàn)(DIN EN ISO 1519)4毫米Erichsen試驗(yàn)(DIN EN ISO 1520)7毫米劃格法附著力試驗(yàn)(DIN EN ISO 2094)GtOA所有樣品都進(jìn)行快速老化試驗(yàn)QUV(B)313納米。表2給出了剩余光澤度(在60°測(cè)量)下降到老化測(cè)試前起始數(shù)值的50％之后的時(shí)間。
表2老化試驗(yàn)后的測(cè)試結(jié)果
*非本發(fā)明的樣品，在循環(huán)空氣加熱爐中固化。
權(quán)利要求
1.一種通過將粉末涂料組合物施涂在金屬或非金屬表面上，然后再熔融和固化來制備耐氣候老化粉末涂層的方法，其特征在于施涂一種含有聚酯樹脂和作為交聯(lián)劑的多官能度低分子量環(huán)氧化物的粉末涂料組合物，其中聚酯樹脂中酸結(jié)構(gòu)單元只基于或主要基于芳族二羧酸、它們的酸酐和/或酯，然后熔融并用NIR輻射進(jìn)行固化。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于關(guān)于聚酯中的酸部分，含有多于50重量％的芳族二羧酸、它們的酸酐和/或酯。
3.按照權(quán)利要求1和2的方法，其特征在于所使用的粉末涂料組合物含有40-95重量％的聚酯樹脂。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于聚酯是羧基官能化的。
5.按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于聚酯樹脂基于對(duì)苯二甲酸和/或間苯二甲酸、它們的酸酐和/或酯。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于多于50重量％的對(duì)苯二甲酸和/或間苯二甲酸或者它們的酸酐和/或酯被用作聚酯樹脂中的酸成分。
7.按照權(quán)利要求1-6的方法，其特征在于固化時(shí)間的范圍是1-30秒。
8.按照權(quán)利要求1-7的方法，其特征在于使用最大強(qiáng)度分布為0.8-1.2微米的NIR輻射元件。
全文摘要
一種通過將粉末涂料組合物施涂在金屬或非金屬表面上,然后再熔融和固化來制備耐氣候老化粉末涂層的方法,其中所施涂的粉末涂料組合物含有聚酯樹脂和作為交聯(lián)劑的多官能度低分子量環(huán)氧化物,其中聚酯樹脂中酸結(jié)構(gòu)單元只基于或主要基于芳族二羧酸、它們的酸酐和/或酯,然后熔融并用NIR輻射進(jìn)行固化。
文檔編號(hào)C09D167/02GK1382194SQ00811037
公開日2002年11月27日 申請(qǐng)日期2000年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月30日
發(fā)明者O·蒂勒, F·齊默曼 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司