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】
[0001] 粉末涂料是不含溶劑的100%固體涂料體系，其已被用作傳統的液體涂料和油漆 的低VOC和低成本替代物。
[0002] 有時利用環氧化物交聯劑例如異氰尿酸三縮水甘油酯（TGIC)來配制聚酯粉末涂 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重損害涂層性能，例如平滑 度、光澤度、柔韌性和其它機械性能。不能在較低溫度下固化還降低了含TGIC的粉末涂料 在溫度敏感性應用中的有用性。另一方面，使用較高溫度的固化周期來生產有效涂料增加 了能量消耗（尤其是對于大基材）并降低了涂料生產速度。
[0003] 由上文所述，應當理解的是：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。

【發明內容】

[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] 下文陳述了本發明的一個或多個實施方式和方面的細節。本發明的其它特征、目 的和優點可由本說明書和權利要求明顯獲得。
[0007] 選擇的定義
[0008] 除非另外說明，當在本文中使用時，如下術語具有下文提供的含義。
[0009] 當在"涂層涂覆在表面或基材上"的語境中使用時，術語"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，當在本文中使用時，術語"基材"指的是未經處理、未涂底漆或經 清潔噴砂的基材，并且還指已涂底漆或已通過本領域技術人員已知的各種方法進行預處理 (例如，電涂處理）的表面。
[0010] 除非另有聲明，術語"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）。當在本文中使用時，術語"（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] 在說明書和權利要求中出現術語"包括"、"包含"及其變體時，這些術語不具有限 制性含義。
[0012] 術語"優選的"和"優選地"是指在某些情況下可提供某些益處的本發明實施方式。 然而，在相同或其它情況下，其它實施方式也可能是優選的。另外，一個或多個優選的實施 方式的敘述不意味著其它實施方式是無用的，也不旨在將其它實施方式排除在本發明范圍 外。
[0013] 當在本文中使用時，"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，通過端點對數值范圍的陳述包括該范圍內包含的所有數字（例如，1至 5包括1、1.5、2、2.75、3、3. 80、4、5等等）。另外，一個區間的公開包括較寬區間內包括的所 有子區間的公開（例如，1到5公開了 1到4、1. 5到4. 5、1到2等等）。
[0015] 發明詳述
[0016] 本文所述發明的實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熔融形成涂膜的可熔性組合物。使用本領域技術人員已知的方 法（例如，靜電噴涂方法）涂覆粉末以形成約10-約50 μ m、優選地20-40 μ m的膜厚度。在 一個方面，將第一粉末組合物涂覆于金屬基材的干凈（即，未涂底漆）或經預處理的表面， 即，可將第一粉末組合物涂覆于已經經過清潔噴砂的未涂底漆的金屬表面，或已通過本領 域技術人員已知的各種方法預處理（例如，電涂處理）的表面。
[0018] 在一種實施方式中，第一粉末組合物包含至少一種聚合物粘結劑。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] 合適的聚合物粘結劑通常包含成膜樹脂和用于該樹脂的固化劑。粘結劑可選自提 供期望的膜性質的任何樹脂或樹脂的組合。聚合物粘結劑的合適實例包括無定型的和結晶 的熱固性和/或熱塑性材料，并可利用環氧樹脂、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、或它們的組合來制備。優選使用熱固性材料作 為粉末涂料應用中的聚合物粘結劑，環氧樹脂、聚酯和丙烯酸類樹脂是特別優選的。如果期 望，彈性體樹脂可用于某些應用中。在一個方面，根據經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劑或樹脂。例如，某些高分子量的聚酯表 現出優異的耐腐蝕性并且適于在用于內部和外部應用的基材上使用。類似地，無定型聚酯 用于其中期望清晰度、顏色和耐化學性的應用中。
[0020] 優選的粘結劑的實例包括以下：羧基官能化聚酯樹脂、用環氧官能化化合物（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、用聚合物型環氧樹脂固化的羥基官能化丙烯酸類樹脂。優選地熱誘發固化反應。
[0021] 在一種實施方式中，粉末組合物的聚合物粘結劑是羧基官能化的聚酯樹脂，優選 地是適用于熱固性粉末組合物中與環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)的樹脂是優選的，因為這些樹脂產生平滑、有光澤的涂層，其具有良 好的機械特性和降低的對環氧官能化固化劑（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，這傳統上傾向于降低粉末涂料的Tg，從而導致在貯 存期間更趨向于固結。出乎意料地，如本文所述的羧基官能化的聚酯樹脂具有優選地至少 約40、更優選地約45-60的酸值，并且還展示了如利用低酸值樹脂時所看到的在貯存期間 對于良好抗固結性的高Tg，同時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）反應以一步工藝來制備。在一種實施方式中，為了實現 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，可以認為：當二酸充分溶 于反應介質中時，可使用一步法。一些酸（例如，對苯二甲酸）難溶于反應介質中，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，對苯二甲酸）還導致降低的耐氣候性。
[0023] 因此，在一個優選的方面，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，其酸值為優選地至少約40、更優 選地約45-60,且其分子量（Mn)為優選地約1000-10000、更優選地1500-7000、最優選地 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或實質上不固結，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 合物來維持粉末組合物的抗固結性。然而，當在低于約140°C的降低的溫度下固化時，現有 技術的高Tg組合物未展示出最佳的聚結（coalescing)或調平（leveling)，從而導致成膜 差且機械性能不適當。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，這導致在貯存期間粉末涂料固結的趨勢增加并造成團塊。出乎意料地，本文所述的羧 基官能化聚酯樹脂的玻璃化轉變溫度（Tg)為至少50°C、更優選地約55°C -70°C、最優選地 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 任何在高Tg時通常預期的聚結或固結問題。
[0025] 在一種實施方式中，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 劑和固化劑或交聯劑。在一個方面，固化劑包括可被用作酸官能化或羧基封端的聚酯樹脂 的交聯劑的化合