超低固化粉末涂料的制作方法
【专利说明】超低固化粉末涂料
【背景技术】
[0001] 粉末涂料是不含溶剂的100%固体涂料体系，其已被用作传统的液体涂料和油漆 的低VOC和低成本替代物。
[0002] 有时利用环氧化物交联剂例如异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC)来配制聚酯粉末涂 料以提供具有最佳硬度、柔韧性、耐气候性和光泽度以及其它有益性能的涂料。然而，含 TGIC的涂料组合物通常不能在低于140°C的温度下固化而不严重损害涂层性能，例如平滑 度、光泽度、柔韧性和其它机械性能。不能在较低温度下固化还降低了含TGIC的粉末涂料 在温度敏感性应用中的有用性。另一方面，使用较高温度的固化周期来生产有效涂料增加 了能量消耗（尤其是对于大基材）并降低了涂料生产速度。
[0003] 由上文所述，应当理解的是：需要基于聚酯树脂的粉末涂料，其能在低温下固化， 同时提供卓越的耐气候特征和耐久性，而不损害其它涂层性能，例如柔韧性、光泽度等等。
【发明内容】
[0004] 本文所述的粉末涂料组合物包含羧基官能化聚酯树脂，其酸值为约45-65 ;和固 化剂或交联剂。此外，所述组合物还包含至少一种冲击改性剂，和鑰离子催化剂。本文所述 的组合物能够在约120-135°C的温度下完全固化。
[0005] 在另一种实施方式中，本说明书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种粉末组合物，其中所述粉末组合物包含羧基官能化聚酯树 月旨，其酸值为约45-65 ;和固化剂。此外，所述组合物还包含至少一种冲击改性剂，和鑰离子 催化剂。然后，在约120-135?的温度下使涂覆到基材上的组合物固化。
[0006] 下文陈述了本发明的一个或多个实施方式和方面的细节。本发明的其它特征、目 的和优点可由本说明书和权利要求明显获得。
[0007] 选择的定义
[0008] 除非另外说明，当在本文中使用时，如下术语具有下文提供的含义。
[0009] 当在"涂层涂覆在表面或基材上"的语境中使用时，术语"在……上"包括涂层直接 地或间接地涂覆到表面或基材上的涂层。因此，例如，涂层涂覆到基材上的底漆层上被视为 涂层涂覆在基材上。此外，当在本文中使用时，术语"基材"指的是未经处理、未涂底漆或经 清洁喷砂的基材，并且还指已涂底漆或已通过本领域技术人员已知的各种方法进行预处理 (例如，电涂处理）的表面。
[0010] 除非另有声明，术语"聚合物"包括均聚物和共聚物二者（即两种或更多种不同单 体的聚合物）。当在本文中使用时，术语"（甲基）丙烯酸酯"包括丙烯酸和甲基丙烯酸酯 单体二者、以及包含它们的均聚物和共聚物。
[0011] 在说明书和权利要求中出现术语"包括"、"包含"及其变体时，这些术语不具有限 制性含义。
[0012] 术语"优选的"和"优选地"是指在某些情况下可提供某些益处的本发明实施方式。 然而，在相同或其它情况下，其它实施方式也可能是优选的。另外，一个或多个优选的实施 方式的叙述不意味着其它实施方式是无用的，也不旨在将其它实施方式排除在本发明范围 外。
[0013] 当在本文中使用时，"一种（a，an) "、"该（the) "、"至少一种"和"一种或多种"可 互换使用。因此，例如包含"一种"添加剂的涂料组合物可以被解释为表示该涂料组合物包 含"一种或多种"添加剂。
[0014] 在本文中，通过端点对数值范围的陈述包括该范围内包含的所有数字（例如，1至 5包括1、1.5、2、2.75、3、3. 80、4、5等等）。另外，一个区间的公开包括较宽区间内包括的所 有子区间的公开（例如，1到5公开了 1到4、1. 5到4. 5、1到2等等）。
[0015] 发明详述
[0016] 本文所述发明的实施方式包括用于粉末-涂布基材的组合物和方法。所述方法包 括：用于将至少第一粉末组合物涂覆到基材上的步骤，其中所述组合物包含聚酯树脂、固化 剂、冲击改性剂和鑰离子催化剂。所述方法还包括在约120-135?的温度下使所述组合物固 化。
[0017] 在一种实施方式中，本文所述方法包括：将至少第一粉末组合物涂覆到基材上。所 述粉末组合物为在施加热时熔融形成涂膜的可熔性组合物。使用本领域技术人员已知的方 法（例如，静电喷涂方法）涂覆粉末以形成约10-约50 μ m、优选地20-40 μ m的膜厚度。在 一个方面，将第一粉末组合物涂覆于金属基材的干净（即，未涂底漆）或经预处理的表面， 即，可将第一粉末组合物涂覆于已经经过清洁喷砂的未涂底漆的金属表面，或已通过本领 域技术人员已知的各种方法预处理（例如，电涂处理）的表面。
[0018] 在一种实施方式中，第一粉末组合物包含至少一种聚合物粘结剂。粉末涂料组合 物还可任选地包含一种或多种颜料、乳池剂（opacifying agent)或其它添加剂。
[0019] 合适的聚合物粘结剂通常包含成膜树脂和用于该树脂的固化剂。粘结剂可选自提 供期望的膜性质的任何树脂或树脂的组合。聚合物粘结剂的合适实例包括无定型的和结晶 的热固性和/或热塑性材料，并可利用环氧树脂、聚酯、聚氨酯、聚酰胺、丙烯酸类树脂、聚 氯乙烯、尼龙、含氟聚合物、硅酮、其它树脂、或它们的组合来制备。优选使用热固性材料作 为粉末涂料应用中的聚合物粘结剂，环氧树脂、聚酯和丙烯酸类树脂是特别优选的。如果期 望，弹性体树脂可用于某些应用中。在一个方面，根据经粉末涂布的基材的期望最终用途， 本文所述的粉末组合物中包含特定的聚合物粘结剂或树脂。例如，某些高分子量的聚酯表 现出优异的耐腐蚀性并且适于在用于内部和外部应用的基材上使用。类似地，无定型聚酯 用于其中期望清晰度、颜色和耐化学性的应用中。
[0020] 优选的粘结剂的实例包括以下：羧基官能化聚酯树脂、用环氧官能化化合物（例 如，异氰脲酸三缩水甘油酯或TGIC)固化的羧基官能化聚酯树脂、用聚合物型环氧树脂固 化的羧基官能化聚酯树脂、用缩水甘油基官能化丙烯酸类树脂固化的羧基官能化聚酯树 月旨、用聚合物型环氧树脂固化的羟基官能化丙烯酸类树脂。优选地热诱发固化反应。
[0021] 在一种实施方式中，粉末组合物的聚合物粘结剂是羧基官能化的聚酯树脂，优选 地是适用于热固性粉末组合物中与环氧官能化化合物一起使用的树脂。按照惯例，具有低 酸值（即，小于约40)的树脂是优选的，因为这些树脂产生平滑、有光泽的涂层，其具有良 好的机械特性和降低的对环氧官能化固化剂（例如，TGIC)的需求。具有高酸值（即，超过 约40)的树脂要求提高水平的固化剂，这传统上倾向于降低粉末涂料的Tg，从而导致在贮 存期间更趋向于固结。出乎意料地，如本文所述的羧基官能化的聚酯树脂具有优选地至少 约40、更优选地约45-60的酸值，并且还展示了如利用低酸值树脂时所看到的在贮存期间 对于良好抗固结性的高Tg，同时维持极好的平滑度和光泽度以及最佳的耐气候特性。
[0022] 在一种实施方式中，羧基官能化的聚酯树脂通过使芳族二酸（例如，间苯二甲酸） 与羟基官能化化合物（例如，二醇）反应以一步工艺来制备。在一种实施方式中，为了实现 最佳的耐气候性，主要使用的芳族酸是间苯二甲酸。不限于理论，可以认为：当二酸充分溶 于反应介质中时，可使用一步法。一些酸（例如，对苯二甲酸）难溶于反应介质中，因此不 太适用于其中羧基官能化的组合物是期望的终产物的一步法中。与间苯二甲酸相比，在树 脂组合物中使用难溶的酸（例如，对苯二甲酸）还导致降低的耐气候性。
[0023] 因此，在一个优选的方面，在本文所述的方法和组合物中使用的羧基官能化聚酯 树脂是通过一步法制备的间苯二甲酸衍生的聚酯树脂，其酸值为优选地至少约40、更优 选地约45-60,且其分子量（Mn)为优选地约1000-10000、更优选地1500-7000、最优选地 2000-2600〇
[0024] 为了使粉末涂料组合物有效，所述组合物必须抗固结或实质上不固结，即，即使暴 露于特定条件，该粉末组合物也必须保持其微粒特征。通常通过使用Tg为45°C或更高的组 合物来维持粉末组合物的抗固结性。然而，当在低于约140°C的降低的温度下固化时，现有 技术的高Tg组合物未展示出最佳的聚结（coalescing)或调平（leveling)，从而导致成膜 差且机械性能不适当。按照惯例，因此，通常用Tg较低的树脂配制用于降低的温度的粉末 涂料，这导致在贮存期间粉末涂料固结的趋势增加并造成团块。出乎意料地，本文所述的羧 基官能化聚酯树脂的玻璃化转变温度（Tg)为至少50°C、更优选地约55°C -70°C、最优选地 约60°C -65°C，但其被包含在能够在120°C _135°C的低温下固化的粉末涂料组合物中而无 任何在高Tg时通常预期的聚结或固结问题。
[0025] 在一种实施方式中，本文所述的粉末组合物是热固性组合物，其包含聚合物粘结 剂和固化剂或交联剂。在一个方面，固化剂包括可被用作酸官能化或羧基封端的聚酯树脂 的交联剂的化合