低温固化粉末涂料组合物的制作方法

1.本发明涉及固体涂料领域，具体涉及低温固化粉末涂料组合物，特别适用于mdf等热敏性基材。


背景技术：

2.粉末涂料是一种固体涂料，具有无害环保、高效低价等优点。近几年来，随着国内外环保力度的持续加大和使用者环保意识的不断提高，在各个领域内对粉末涂料的需求越来越迫切。粉末涂料目前已经在汽车、管道、家电、家具、铝型材等领域广泛应用。
3.mdf，又称中密度纤维板，可作为天然木材的替代品而广泛应用，具有成本低廉、加工简单、利用率高、比天然木材更为经济的特点。然而，mdf是一种热敏感型基材，高温烘烤会导致mdf出现开裂、变形等情况，所以必须使用一种低温固化的粉末涂料。目前，市面上的低温固化粉末涂料产品的综合性能表现不佳，难以同时满足光滑度、哑光外观、以及稳定性要求，在生产和存储过程，涂料的光泽变化显著，难以控制。
4.因此，开发具有兼具优异的综合性能的低温固化粉末涂料具有迫切的现实意义，和极佳的发展前景。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明人进行了大量研究并开发出一种适用mdf等热敏性基材的粉末涂料组合物，其具备优异的综合性能，例如，涂层的光滑度和哑光效果，以及在生产和存储过程中涂层的光泽稳定性。
6.在一方面，本发明提供了一种低温固化粉末涂料组合物，包括环氧树脂和含咪唑单元的潜伏型固化剂。
7.在另一方面，本发明提供了一种经涂覆的基材，包括基材和涂覆于所述基材的至少一部分之上的上述低温固化粉末涂料组合物。
8.在又一方面，本发明提供了一种含咪唑单元的潜伏型固化剂在粉末涂料组合物中的用途。
具体实施方式
9.除了实施例中的或另外明确说明的，应当认为说明书和权利要求书中使用的所有代表组分的数量、反应条件等的数值在所有情况下均可按照术语“约”进行变化。因此，除非有相反的说明，否则以下的说明书和权利要求书中所列出的数值参数均为近似值，可以按照本发明想要获得的性能而变化。起码，而不是为了限制权利要求等同原则的适用，每个数值参数至少应当按照有效数字来解释并运用普通的四舍五入。
10.尽管列出本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中列出的数值记录得尽可能准确。但是，任何一个数值本来就具有一定的误差。该误差是其相应的测量方法中得出的标准偏差的必然结果。
11.此外，应当理解，本文所述的任何数值范围旨在包括归入其中的所有子范围。例如，“1至10”的范围旨在包括介于(并包括)所述最小值1和所述最大值10之间的所有子范围，即具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值。
12.在本技术中，除非另有明确说明，单数的使用包括复数且复数包含单数。此外，在本技术中，除非另有明确说明，否则使用“或”表示“和/或”，即使在某些情况下可明确地使用“和/或”。此外，在本技术中，除非另有明确说明，否则使用“一”表示“至少一”。例如，“一种”涂料等指这些物品中的任何的一种或多种。并且如本领域技术人员将认识到的，一个实施方式的特征可以与其他实施方式一起使用，即使这里未明确说明。
13.如本文所用，术语“粉末涂料组合物”是指由树脂、固化剂、颜料、填料和/或助剂等成分组成的固体粉末状组合物。所述“粉末”是指在室温(即，20～30℃)和大气压下干燥的物质，其呈微细、松散的颗粒状态。通常，粉末涂料中单个颗粒的最大尺寸不超过200μm，其中颗粒尺寸可以通过筛析法获得。通常，基于粉末涂料组合物的总重量，粉末涂料组合物中voc(挥发性有机化合物)的最大残留水平不大于0.3wt％。如本文所述，“voc(挥发性有机化合物)”是指在101.3千帕的标准大气压下测量的沸点小于或等于250℃(482
°
f)的任何有机化合物。
14.根据本发明的粉末涂料组合物是单组份组合物。术语“单组份”是指涂料组合物的所有树脂、固化剂、颜料、填料和/或助剂等成分均包装在一个容器中，因此具有贮存和使用方便等优点。
15.根据本发明的粉末涂料组合物可以通过热和/或辐照(例如，红外辐照)的方式固化。如本文所用，术语“固化”是指粉末涂料组合物中的成分变得“固定”，即形成不可逆的交联网络。合适地，根据本发明的粉末涂料组合物可以通过红外辐照在120～140℃下3～7分钟固化。所述红外辐照的波长可以为1.5-5.6μm之间。
16.如上所述，本发明提供了一种粉末涂料组合物，提供了一种低温固化粉末涂料组合物，包括环氧树脂和含咪唑单元的潜伏型固化剂。
17.如本文所用，术语“潜伏型固化剂”是指一种在室温下可以于涂料组合物中稳定存储，并在温度升高到活化温度后才与涂料组合物中的树脂反应形成交联结构的固化剂。
18.适合用于本发明的粉末涂料组合物的潜伏型固化剂是含咪唑单元的潜伏型固化剂。所述咪唑单元包括在五元环的n1位置有活泼氢的咪唑或咪唑类衍生物。例如，所述咪唑单元可以包括：咪唑，2-烷基咪唑，2-苯基咪唑、2-烷基-4-烷基咪唑，2-苯基-4-烷基咪唑，4-硝基咪唑，2-甲基-5-硝基咪唑，4-乙酰基咪唑等等。合适地，所述咪唑单元可以是2-烷基咪唑，所述烷基为c1～c15的烷基。例如，所述烷基可以是c1烷基、c2烷基、c3烷基、c4烷基、c5烷基、c6烷基、c7烷基、c8烷基、c9烷基、c10烷基、c11烷基、c12烷基、c13烷基、c14烷基、或c15烷基。
19.适合用于本发明的粉末涂料组合物的潜伏型固化剂具有端部保护基团。所述端部保护基团使得潜伏型固化剂在常温下可以稳定存储，在达到活化温度后，端部保护基团可以从潜伏型固化剂脱离，使得潜伏型固化剂中的活性部分与树脂反应交联。合适地，所述含咪唑单元的潜伏型固化剂可以具有含三嗪的端部保护基团。所述含三嗪的端部保护基团可以进一步含有其他取代基。合适地，所述含咪唑单元的潜伏型固化剂可以具有含三嗪三酮的端部保护基团。所述含三嗪三酮的端部保护基团可以进一步含有其他取代基。
20.适合用于本发明的粉末涂料组合物的潜伏型固化剂不包含环氧部分。所述环氧部分是指可以构成环氧树脂的单元或重复单元，或者为环氧树脂的至少一部分。
21.适合用于本发明的粉末涂料组合物的潜伏型固化剂不包含金属。
22.适合用于本发明的粉末涂料组合物的潜伏型固化剂不是物理改性的，也就是说，所述潜伏型固化剂未采用物理方式封闭活性部分。例如，适合用于本发明的的粉末涂料组合物的潜伏型固化剂不具有包覆型或者核壳结构。在包覆型或者核壳结构的潜伏型固化剂中，固化剂中的活性部分被包覆于内部或为核，在活化条件满足后暴露以进一步发生反应。
23.适合用于本发明的粉末涂料组合物的潜伏型固化剂可以具有50～300℃。所述熔点可以通过gb/t 21781-2008方法获得。例如，适合用于本发明的粉末涂料组合物的潜伏型固化剂可以具有100℃，120℃，140℃，160℃，180℃，200℃，220℃，240℃，或260℃的熔点。
24.在根据本发明的粉末涂料组合物中，所述含咪唑单元的潜伏型固化剂可以为基于粉末涂料组合物的总重量的0.1wt％或等多，1wt％或等多，2wt％或等多，和/或10wt％或更少，8wt％或更少，5wt％或等少。合适地，所述含咪唑单元的潜伏型固化剂可以为基于粉末涂料组合物的总重量的0.1～10wt％，1～8wt％，2～5wt％，或在以上值为端点的任意组合中。
25.适合用于本发明的粉末涂料组合物的环氧树脂可以包括bpa环氧树脂、bpf环氧树脂、非bpa型环氧树脂、酚醛改性环氧、邻甲酚醛类环氧、多官能基环氧树脂、氢化环氧树脂等一种或者几种。所述环氧树脂可以通过一步法或两步法制备获得。
26.适合用于本发明的粉末涂料组合物的环氧树脂可以具有150-2000g/eq的环氧当量。所述环氧当量是指包含1mol环氧基团的树脂的质量，可以采用滴定法测定。例如，所述环氧树脂可以具有300g/eq的环氧当量，400g/eq的环氧当量，500g/eq的环氧当量，600g/eq的环氧当量，700g/eq的环氧当量，800g/eq的环氧当量，900g/eq的环氧当量，1000g/eq的环氧当量，1100g/eq的环氧当量，1200g/eq的环氧当量，1300g/eq的环氧当量，1400g/eq的环氧当量，1500g/eq的环氧当量，1600g/eq的环氧当量，1700g/eq的环氧当量，1800g/eq的环氧当量，或1900g/eq的环氧当量。
27.适合用于本发明的粉末涂料组合物的环氧树脂可以具有50-120℃的软化点。所述软化点可以通过gb/t 12007.6-1989方法测定。例如，所述环氧树脂可以具有60℃的软化点，70℃的软化点，80℃的软化点，90℃的软化点，100℃的软化点，或110℃的软化点。
28.适合用于本发明的粉末涂料组合物的环氧树脂在150℃下的熔融粘度可以为200-20000cps。所述粘度可以根据gb/t 9751.1-2008，使用brookfield2000+h锥板粘度计测定。例如，所述环氧树脂在150℃下的熔融粘度可以为1000cps，2000cps，3000cps，4000cps，5000cps，6000cps，7000cps，8000cps，9000cps，10000cps，12000cps，14000cps，16000cps，或18000cps。
29.在根据本发明的粉末涂料组合物中，所述环氧树脂可以为基于粉末涂料组合物的总重量的45wt％或等多，50wt％或等多，55wt％或等多，和/或75wt％或更少，70wt％或更少，65wt％或等少。合适地，所述环氧树脂可以为基于粉末涂料组合物的总重量的45～75wt％，50～70wt％，55～65wt％，或在以上值为端点的任意组合中。
30.在根据本发明的粉末涂料组合物中，所述环氧树脂与所述含咪唑单元的潜伏型固化剂的重量比可以为5:1至100:1。例如，所述环氧树脂与所述含咪唑单元的潜伏型固化剂
的重量比可以为10，20，30，40，50，60，70，80，或90。适量的潜伏型固化剂提高了涂料体系的反应活性和稳定性，同时在涂料体系中其他成分的作用下保持了流平性、耐黄变性等。
31.根据本发明的粉末涂料组合物还可以包括其他固化剂/催化剂，其他固化剂/催化剂不同于上述含咪唑单元的潜伏型固化剂。适合用于本发明的粉末涂料组合物的其他固化剂/催化剂可以包括普通咪唑、酚类固化剂、双氰胺、羧基聚酯、羧基丙烯酸、长链二元酸、酸酐类固化剂、和/或胺类固化剂。所述普通咪唑是指未含有保护基团或保护结构的非潜伏型咪唑类固化剂。合适地，所述其他固化剂/催化剂包括普通咪唑、和/或酚类固化剂。合适地，所述其他固化剂/催化剂与上述含咪唑单元的潜伏型固化剂的重量比为10:1-1:10。例如，所述其他固化剂/催化剂与上述含咪唑单元的潜伏型固化剂的重量比可以为9:1，8:1，7:1，6:1，5:1，4:1，3:1，2:1，1:1，1:2，1:3，1:4，1:5，1:6，1:7，1:8，或1:9。在根据本发明的粉末涂料组合物中，所述其他固化剂/催化剂可以为基于粉末涂料组合物的总重量的5wt％或更少。
32.根据本发明的粉末涂料组合物还可以包括消光剂。适合用于本发明的粉末涂料组合物的消光剂可以包括化学类消光剂，诸如，羧基丙烯酸类消光剂，环氧丙烯酸类消光剂，羟基丙烯酸类消光剂，环咪多元酸盐，和/或环咪多元酸酐盐类消光剂。合适地，所述化学类消光剂包括羧基丙烯酸类消光剂。在根据本发明的粉末涂料组合物中，所述消光剂可以为基于粉末涂料组合物的总重量的20wt％或更少，诸如5～10wt％。
33.根据本发明的粉末涂料组合物还可以包括颜填料。所述颜填料可以是颜料、填料或二者的组合。适合用于本发明的粉末涂料组合物的颜料可以包括，但不限于钛白粉、炭黑、铜铬黑、氧化铁红、氧化铁黄、多环酞菁、蒽醌、蒽嘧啶、蒽酮等。适合用于本发明的粉末涂料组合物的填料可以包括，但不限于云母粉、硅灰石、玻璃粉、滑石粉、硅酸盐、硫酸钡等。在根据本发明的粉末涂料组合物中，所述颜填料可以为基于粉末涂料组合物的总重量的25wt％或更少，诸如10～25wt％。
34.根据本发明的粉末涂料组合物还可以包括其他助剂。所述其他助剂可以包括如下的一种或多种：流平剂；脱气剂；消泡剂；抗污染剂；表面改善助剂；上粉助剂；偶联剂；防结块剂；抗刮伤剂；抗静电剂；抗菌剂；甲醛吸收剂；抗氧剂；抗光老化剂；增滑剂；阻燃剂等。当使用时，本领域的技术人员可以根据实际的需求调节其他助剂的含量。通常，基于粉末涂料组合物的总重量，所述其他助剂的量为每种不超过2wt％。
35.根据本发明的粉末涂料组合物可以通过如下方法制备：
36.将环氧树脂、含咪唑单元的潜伏型固化剂、其他固化剂/催化剂、消光剂、颜填料、和/或其他助剂混合；然后进行熔融挤出、冷却、研磨、压片、破碎、粉碎过筛制成粉末涂料组合物。
37.如上所述的挤出过程在100-110℃的温度下进行。在整个挤出过程中，根据本发明的粉末涂料组合物可以保持光泽稳定。而常规的低温固化粉末涂料需要非常严苛的挤出条件，例如挤出温度需要控制在70-90℃，若超过这个温度范围，涂料就非常容易产生光泽不稳定，流平变差，出现胶化粒子等情况。
38.在另一方面，本发明提供了一种经涂覆的基材，包括基材和涂覆于所述基材的至少一部分之上的上述低温固化粉末涂料组合物。所述基材包括热敏性基材，诸如mdf基材。
39.根据本发明的粉末涂料组合物可以通过任何已知技术进行涂覆，例如，流化床涂
覆、静电喷涂和熔融喷涂等。然后，根据本发明的粉末涂料组合物可以通过红外辐照的方式固化。合适地，根据本发明的粉末涂料组合物可以通过红外辐照在120～140℃下3～7分钟固化。所述红外辐照的波长可以为1.5-5.6μm，诸如，2-4μm，辐照功率可以为1-60kw/m2。
40.所述经涂覆的基材可以具有厚度为40-200μm的固化涂层，诸如70-90μm的固化涂层。
41.在又一方面，本发明提供了一种含咪唑单元的潜伏型固化剂在粉末涂料组合物中的用途。所述粉末涂料组合物是单组分组合物。所述含咪唑单元的潜伏型固化剂在室温下可以于涂料组合物中稳定存储，并在温度升高到活化温度后才与涂料组合物中的树脂反应形成交联结构的固化剂。
42.所述咪唑单元包括在五元环的n1位置有活泼氢的咪唑或咪唑类衍生物。例如，所述咪唑单元可以包括：咪唑，2-烷基咪唑，2-苯基咪唑、2-烷基-4-烷基咪唑，2-苯基-4-烷基咪唑，4-硝基咪唑，2-甲基-5-硝基咪唑，4-乙酰基咪唑等等。合适地，所述咪唑单元可以是2-烷基咪唑，所述烷基为c1～c15的烷基。例如，所述烷基可以是c1烷基、c2烷基、c3烷基、c4烷基、c5烷基、c6烷基、c7烷基、c8烷基、c9烷基、c10烷基、c11烷基、c12烷基、c13烷基、c14烷基、或c15烷基。
43.所述含咪唑单元的潜伏型固化剂具有端部保护基团。所述端部保护基团使得潜伏型固化剂在常温下可以稳定存储，在达到活化温度后，端部保护基团可以从潜伏型固化剂脱离，使得潜伏型固化剂中的活性部分与树脂反应交联。合适地，所述含咪唑单元的潜伏型固化剂可以具有含三嗪的端部保护基团。所述含三嗪的端部保护基团可以进一步含有其他取代基。合适地，所述含咪唑单元的潜伏型固化剂可以具有含三嗪三酮的端部保护基团。所述含三嗪三酮的端部保护基团可以进一步含有其他取代基。
44.所述含咪唑单元的潜伏型固化剂不包含环氧部分。所述环氧部分是指可以构成环氧树脂的单元或重复单元，或者为环氧树脂的至少一部分。
45.所述含咪唑单元的潜伏型固化剂不包含金属。
46.所述含咪唑单元的不是物理改性的，也就是说，所述潜伏型固化剂未采用物理方式封闭活性部分。例如，所述含咪唑单元的潜伏型固化剂不具有包覆型或者核壳结构。
47.所述含咪唑单元的潜伏型固化剂可以具有50～300℃。所述熔点可以通过gb/t 21781-2008方法获得。例如，适合用于本发明的粉末涂料组合物的潜伏型固化剂可以具有100℃，120℃，140℃，160℃，180℃，200℃，220℃，240℃，或260℃的熔点。
48.实施例
49.提供下述实施例进一步阐述本发明，但不应认为其将本发明限制在实施例所述的细节。除另有说明，下述实施例中所有的份数和百分数均以重量计。
50.实施例
51.根据下表中的成分和用量分别制备根据本发明的粉末涂料组合物ex1-3。
52.表1.根据本发明的粉末涂料组合物ex1-3
[0053] ex1ex2ex3环氧树脂170wt％60wt％65wt％潜伏型固化剂25wt％3wt％4wt％其他固化剂3/2wt％1wt％
smoothness rat-ings from 1to 10for visual reference)进行裸眼目视比对。此标准比对板共有10块，分别是1-10级，1级流平最差10级最好。
[0076]
黄变
[0077]
在本文中，采用黄变测试来评价粉末涂料组合物在不同烘烤温度下的颜色稳定性。
[0078]
使粉末组合物分别在130℃、150℃和170℃下烘烤7.5分钟，然后130℃下烘烤得到的涂层作为基准，确定150℃和170℃下烘烤得到的涂层与基准的色差。
[0079]
判断标准采用gb 250-1995，其中，5级对应无黄变；4级对应轻微黄变；3级对应黄变；2级对应严重黄变。
[0080]
附着力
[0081]
用锋利刀片(刀锋角度为20
°
～30
°
，刀片厚度0.43
±
0.03mm)在测试样本表面划10
×
10个2mm
×
2mm小网格，用毛刷将测试区域的碎片刷干净。用粘附力10
±
1n/25mm的胶带(nichiban ct405ap-24胶纸)牢牢粘住被测试小网格，并用指甲挤压胶带(注意指甲不能破坏胶带)，赶走胶带与涂层之间的气泡，以加大胶带与被测区域的《接触面积及力度。静置90
±
30s后，用手抓住胶带一端，在反向60
°
方向，在0.5s～1s内扯下胶纸。试验1次。试验后用5倍放大镜检查油漆涂层的脱落情况。判断标准如下：
[0082][0083]
存储稳定性
[0084]
参考gb/t21782.8-2008的测试方法测试涂料组合物的存储稳定性，其中空气循环烘箱的温度设定在20℃。如果60度光泽度变化为≤
±
5gu，则认为可以稳定存储。
[0085]
实施例ex1-3和对比例ce1-3所形成涂层的性能如下：
[0086]
表3.性能测试结果
[0087]
[0088][0089]
由以上可知，根据本发明的实施例ex1-3获得了明显改善的存储稳定性和耐黄变性能，并且保持了其他外观和机械性能，甚至实现了更好的流平等级。
[0090]
尽管已经解释和描述了本发明的特定方面，对本领域技术人员来说很明显的是可做出多种其它改变和修饰而不会背离本发明的精神和范围。因此所附权利要求意图涵盖落入本发明范围内的所有这些改变和修饰。

技术特征：
1.一种低温固化粉末涂料组合物，包括环氧树脂和含咪唑单元的潜伏型固化剂。2.如权利要求1所述的粉末涂料组合物，其中所述含咪唑单元的潜伏型固化剂具有端部保护基团。3.如权利要求1或2所述的粉末涂料组合物，其中所述含咪唑单元的潜伏型固化剂具有含三嗪的端部保护基团。4.如权利要求1或2所述的粉末涂料组合物，其中所述含咪唑单元的潜伏型固化剂具有含三嗪三酮的端部保护基团。5.如权利要求1-4中任一项所述的粉末涂料组合物，其中所述含咪唑单元的潜伏型固化剂包括在五元环的n1位置有活泼氢的咪唑或咪唑类衍生物。6.如权利要求1-5中任一项所述的粉末涂料组合物，其中所述含咪唑单元的潜伏型固化剂不包含环氧部分。7.如权利要求1-6中任一项所述的粉末涂料组合物，其中所述含咪唑单元的潜伏型固化剂不包含金属。8.如权利要求1-7中任一项所述的粉末涂料组合物，其中所述含咪唑单元的潜伏型固化剂不是包覆型或者核壳结构的。9.如权利要求1-8中任一项所述的粉末涂料组合物，其中所述含咪唑单元的潜伏型固化剂的熔点为50～300℃。10.如权利要求1-9中任一项所述的粉末涂料组合物，其中所述含咪唑单元的潜伏型固化剂占粉末组合物总重量的0.1～20wt％。11.如权利要求1-10中任一项所述的粉末涂料组合物，其中所述环氧树脂的环氧当量为150-2000g/eq，软化点为50-120℃，以及150℃下的熔融粘度为200-20000cps。12.如权利要求1-11中任一项所述的粉末涂料组合物，其中所述环氧树脂与所述含咪唑单元的潜伏型固化剂的重量比为5:1至100:1。13.如权利要求1-12中任一项所述的粉末涂料组合物，还包括其他固化剂/催化剂，所述其他固化剂/催化剂包括普通咪唑、和/或酚类固化剂。14.如权利要求1-13中任一项所述的粉末涂料组合物，还包括羧基丙烯酸类消光剂。15.如权利要求1-14中任一项所述的粉末涂料组合物，其中所述组合物可以通过红外辐照在120-140℃下3-7分钟以内固化。16.如权利要求1-15中任一项所述的粉末涂料组合物，其中所述组合物为单组分组合物。17.如权利要求1-16中任一项所述的粉末涂料组合物，其中所述组合物可以用于涂覆热敏性基材。18.一种经涂覆的基材，包括基材和涂覆于所述基材的至少一部分之上的如权利要求1-17中任一项所述的粉末涂料组合物。19.如权利要求18所述的经涂覆的基材，其中所述基材包括热敏性基材。20.如权利要求18或19所述的经涂覆的基材，其中所述基材包括mdf。21.一种含咪唑单元的潜伏型固化剂在粉末涂料组合物中的用途。22.如权利要求21所述的用途，其中所述含咪唑单元的潜伏型固化剂如权利要求1-10中任一项所述。

技术总结
公开了一种低温固化粉末涂料组合物，包括环氧树脂和含咪唑单元的潜伏型固化剂。还公开了一种经所述粉末涂料组合物涂覆的基材。又公开了一种含咪唑单元的潜伏型固化剂在粉末涂料组合物中的用途。料组合物中的用途。


技术研发人员：吴翠屏 戴天贺 缪春波
受保护的技术使用者：庞贝捷粉末涂料（上海）有限公司
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/7/19