一种β‑羟烷基酰胺固化耐水性好的粉末涂料用聚酯树脂及其制备方法与流程

本发明涉及一种粉末涂料成分的制备方法，具体涉及一种β-羟烷基酰胺固化耐水性好的粉末涂料用聚酯树脂及其制备方法

背景技术：

粉末涂料由于其经济、环保、高效、性能卓越等特性，而被公认是绿色环保涂料，根据基体树脂和固化剂的不同，粉末涂料可分为纯环氧型粉末涂料、聚酯-环氧混合型粉末涂料、纯聚酯型粉末涂料、聚氨酯型粉末涂料和丙烯酸型粉末涂料等。纯聚酯型粉末涂料体系的固化剂主要有异氰脲酸三缩水甘油酯(tgic)、羟烷基酰胺(primid)、多环氧化合物、氨基树脂、四甲氧基甘脲等。目前市场上纯聚酯型粉末涂料主要为聚酯-tgic型和聚酯-primid型，这两种类型粉末涂料约占纯聚酯型粉末涂料市场份额的85％。

随着人们对安全环保意识的加强和高生活质量的追求，粉末涂料产品体系正在发生结构性变化，健康、安全、环保的产品将受到更多关注，并将成为发展的主导方向。聚酯-tgic型粉末涂料虽然在抗黄变性、涂膜外观和耐水性等方面具有明显优点，但由于固化剂tgic的性质和生物特性，tgic具有一定毒性和对皮肤有刺激性等，虽然其毒理性尚不完全明确，但欧美和日本等国已将其列为具有潜在的致皮肤癌风险物质，而严格限制其使用；我国工业和信息化部于2010年发布公告(工产业[2010]第122号)颁发《部分工业行业淘汰落后生产工艺装备和产品指导目录(2010年本)》中明确规定“含异氰脲酸三缩水甘油酯(tgic)的粉末涂料”为“落后、淘汰类产品”。羟烷基酰胺(primid)是无毒、安全、环保的化合物，是一种绿色环保的纯聚酯粉末涂料固化剂，因此聚酯-primid型粉末涂料具有良好的发展前景。

聚酯-primid型粉末涂料是由羧基聚酯树脂为主体树脂、羟烷基酰胺(primid)为固化剂、颜料、填料、助剂等成分组成。由于羟烷基酰胺(primid)具有低毒、环保、安全等特性，近些年来对其研究成为业界的热点，对羟烷基酰胺(primid)、聚酯-primid型粉末涂料和聚酯-primid型粉末涂料用聚酯树脂都有不少报道。如中国专利cn201310504228.x公开了一种羟烷基酰胺型高流平粉末涂料、该涂料用的聚酯树脂及制备方法，该专利主要通过无定型饱种聚酯树脂(酸值为28-34mgkoh/g，羟值小于10mgkoh/g，玻璃化温度为52-65℃，熔融粘度为2000-4000mpa·s)和半结晶型饱和聚酯树脂(酸值为28-34mgkoh/g，羟值小于10mgkoh/g，熔融温度为110-130℃，熔融粘度为500-2000mpa·s)配合使用制成羟烷基酰胺型高流平粉末涂料；中国专利cn201210080677.1公开了一种羟烷基酰胺固化的高表面装饰性粉末涂料用聚酯树脂及制备方法，该专利在合成聚酯树脂时引入长链脂肪酸(硬脂酸、癸烷酸、月桂酸、棕榈酸)降低树脂粘度从而实现羟烷基酰胺固化的高表面装饰性粉末涂料；中国专利cn201110112793.2公开了一种改进羟烷基酰胺/聚酯粉末涂料针孔和流平性的方法，该专利首先采用高度支化聚合物合成方法将异氰酸酯单体和多官能度单体合成高度支化聚氨酯溶液，然后将溶液用水沉淀，抽滤和干燥后得到高度支化聚氨酯粉末，将高度支化聚氨酯粉末与羟烷基酰胺/聚酯粉末涂料按照比例混合，利用双螺杆挤出机将混合物熔融、挤出、压片，成为片材，将片材研磨成细粉，筛滤后得到改性后的羟烷基酰胺/聚酯粉末涂料；中国专利cn201610110286.8公布了一种β-羟烷基酰胺及其制备方法，该专利报道了以己二酸二甲酯、乙醇胺和环氧丙烷为原料，合成n,n’-二(β-羟乙基)-n,n’-二(β-羟丙基)己二酰胺，且得到的产物纯度高，性能好。通过多年来业界对聚酯-primid型粉末涂料体系的系统研究，主要影响聚酯-primid型粉末涂料性能的固化剂羟烷基酰胺、聚酯-primid型粉末涂料的组成及制备、聚酯-primid型粉末涂料用聚酯树脂都有很大的提升，聚酯-primid型粉末涂料与聚酯-tgic型粉末涂料在涂膜外观(光滑性、平整性、丰满度)和耐过烤泛黄性方面等方面性能基本相当。

由附图1β-羟烷基酰胺的结构通式可知，β-羟烷基酰胺分子的化学结构中含有两个叔胺结构，由于叔胺是一个亲水基团，β-羟烷基酰胺是一个亲水性的化合物，因此聚酯-primid型粉末涂料在耐水性、耐水煮性方面要稍逊一筹。其中附图1中的r1、r2、r3、r4＝h或ch3或ch3ch2，r1、r2、r3、r4可以相同，也可以不相同。

因此，由于固化剂羟烷基酰胺的结构和性能特点，聚酯-primid型粉末涂料在使用中有存在如下两种缺点：1、涂膜的耐水性、耐水煮性能差，涂膜在使用过程中容易吸水而泛白，影响涂膜表面装饰性能，限制了其广泛使用。2、涂膜的耐水性、耐水煮性能差，涂膜在长久使用过程中容易导致色差变化和粉化，影响涂膜的耐久防护性能。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于针对聚酯-primid型粉末涂料存在的上述缺陷，提供一种β-羟烷基酰胺固化的高耐水性粉末涂料用聚酯树脂，使其制得的聚酯树脂应用于聚酯-primid型粉末涂料，制得的粉末涂料涂膜具有良好的流平性能、耐水煮性和和耐候性，具有优异的装饰性能和防护性能，同时能够有效提高固化漆膜的抗冲击和弯曲等机械性能，该粉末涂料能够应用于各种耐候装饰性领域。

本发明的第二个目的是提供上述聚酯树脂的制备方法。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案来实现的：

一种β-羟烷基酰胺固化耐水性好的饱和端羧基聚酯树脂，酸值26.0～32.0mgkoh/g，羟值小于5.0mgkoh/g，熔融旋转粘度4000～8000mpa·s/200℃，玻璃化转变温度tg为60.0～70.0℃，数均分子量为3000～6000，重均分子量为6000～15000，其由以下质量百分数的主要成分经熔融聚合而成：

优选地，所述氢化二聚酸组分c为氢化二聚豆油脂肪酸、氢化二聚妥尔油脂肪酸、氢化二聚菜籽油脂肪酸、氢化二聚棉油脂肪酸中的一种或两种以上任意质量比的混合物。

优选地，所述多元醇组分a为新戊二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇和1,4-环己烷二甲醇、三羟甲基丙烷中的一种或两种以上任意质量比的混合物。

优选地，所述多元酸组分b为己二酸、丁二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、1，4-环己烷二甲酸和偏苯三酸酐中的一种或两种以上任意质量比的混合物。

优选地，所述酯化催化剂组分d为单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、二羟基丁基氯化锡、草酸亚锡中的一种或两种以上任意比的混合物。

优选地，所述酸解剂组分e为已二酸、间苯二甲酸、偏苯三酸酐中的一种或两种任意重量比例的混合物。

优选地，所述抗氧剂组分f为at-215，at-215是由抗氧剂1010(四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯)和抗氧剂168(三(2，4-叔丁基苯基)亚磷酸酯)以质量1：2的比例混合而成。

本发明的第二个目的是由以下技术方案来实现的：

一种β-羟烷基酰胺固化耐水性好的饱和端羧基聚酯树脂制备方法，按以下步骤进行：

(1)在备有加热装置、搅拌器和蒸馏柱的5000ml反应釜中，加入配方量的多元醇组分a，常压升温至110-130℃；再投入配方量的多元酸组分b、氢化二聚酸组分c和酯化催化剂组分d，边搅拌边逐渐升温。

(2)物料温度升至165-175℃，酯化反应开始，酯化水开始生成并通过蒸馏柱蒸出，控制蒸馏柱顶端蒸汽温度在99℃±2℃；逐渐升温，边酯化反应边酯化水馏出，待料温升至250℃±2℃时，进行保温反应；当蒸馏柱顶气温降至小于70℃时，同时酯化水出水量达到理论出水量的95％及以上，保温结束。

(3)加入酸解剂组分e，在245℃-248℃条件下保温反应80-100min。

(4)保温反应结束后，逐步抽真空至-0.097—-0.098mpa，在242℃-245℃的真空条件下继续反应90-120min。

(5)减压反应结束后，逐渐降温至200℃，加入抗氧剂组分f，搅拌反应15-30min，出料；冷却粉碎后，得到一种无色或浅黄色透明颗粒状物。

优选地，以上合成工艺过程都在氮气保护氛围中进行。

由本发明所提供的制备方法合成的饱和羧基聚酯树脂，与羟烷基酰胺(固化剂t105，宁波南海化学公司产品，羟基当量：80-84g/eq，熔程：120-130℃)、颜料、填料、以及各种辅助助剂混合，经熔融混合挤出，冷却压片、破碎、研磨成粉末，制得聚酯-primid粉末涂料。

氢化二聚酸，是指以天然油脂中的脂肪酸为主要组分的直链的不饱和脂肪酸在催化剂作用下，通过diel-alder加成反应等自身缩聚的二聚体，再经氢化反应，使二聚体中不饱和键加氢饱和而制得，氢化二聚酸是饱和的二聚脂肪酸，具有色泽浅和热稳定好等特点。氢化二聚酸是多种异构体的混合物，有无环长侧链的链状异构体、单环长侧链的单环异构体和双环长侧链的双环异构体等组成。采用不同脂肪酸(豆油脂肪酸、棉油脂肪酸、妥尔油脂肪酸、菜籽油脂肪酸等)聚合氢化而得的氢化二聚酸(氢化二聚豆油脂肪酸、氢化二聚棉油脂肪酸、氢化二聚妥尔油脂肪酸、氢化二聚菜籽油脂肪酸等)含有无环、单环、双环异构体的比重有一定的差异。

本发明的有益效果是：(1)由该方法制备的聚酯树脂由于引入了具有长链侧基的氢化二聚酸，氢化二聚酸中含有的无环长侧链的链状异构体、单环长侧链的单环异构体和双环长侧链的双环异构体结构具有优异的疏水性，可显著增强聚酯分子链疏水性，从而使涂膜具良好的耐水性、耐水煮性。(2)由于长链侧基的氢化二聚酸引入聚酯树脂主链，改变了聚酯树脂分子链段结构，打乱了聚酯树脂分子链段的规整性，降低了聚酯树脂分子的结晶度，提高聚酯树脂对颜填料的润湿和分期性，从而提高了聚酯-primid型粉末涂料的流平性和丰满度。(3)由于氢化二聚酸的引入可以有效提高聚酯分子链柔韧性，从而使涂膜具有较高的柔韧性。因此由其制成的聚酯-primid型粉末涂料涂膜具有优异的耐水性和耐水煮性，优异的流平性和丰满度，同时能够有效提高固化漆膜的抗冲击和弯曲等机械性能，漆膜具有优异的装饰性能和防护性能。该粉末涂料能够应用于各种耐候装饰性领域。

附图说明

图1为β-羟烷基酰胺的结构通式；

图2为本发明的无环长侧链的链状氢化二聚酸异构体结构式；

图3为本发明的单环长侧链的单环氢化二聚酸异构体结构式；

图4为本发明的双环长侧链的双环氢化二聚酸异构体结构式。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但是下述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

以下结合实施例对本发明作进一步说明，表1是羟烷基酰胺固化耐水性好的粉末涂料用聚酯树脂的实施例，其中例a为聚酯树脂的基本参考对比配方，作为本发明的对比实施例，实施例b～e为本发明的实施例。

实施例a

具体合成过程为：(1)在备有加热装置、搅拌器和蒸馏柱的5000ml反应釜中，加入配方量的质量份数为1665份的多元醇组分a(其中1665份为新戊二醇)，常压升温至110-130℃；再投入配方量的质量份数为2575份多元酸组分b(其中2200份为对苯二甲酸、300份为间苯二甲酸和75份为己二酸)和质量份数为5份酯化催化剂组分d(其中5份单丁基氧化锡)，边搅拌边逐渐升温。(2)物料温度升至165-175℃，酯化反应开始，酯化水开始生成并通过蒸馏柱蒸出，控制蒸馏柱顶端蒸汽温度在99℃±2℃；逐渐升温，边酯化反应边酯化水馏出，待料温升至250℃±2℃时，进行保温反应；当蒸馏柱顶气温降至小于70℃时，同时酯化水出水量达到理论出水量的95％及以上，保温结束。(3)加入质量份数为168份酸解剂组分e(其中168份为间苯二甲酸)，在245℃-248℃条件下保温反应80-100min。(4)保温反应结束后，逐步抽真空至-0.097—-0.098mpa，在242℃-245℃的真空条件下继续反应90-120min。(4)减压反应结束后，逐渐降温至200℃，加入质量份数为15份抗氧剂组分f(其中15份为at-215)，搅拌反应15-30min，出料；冷却粉碎后，得到一种无色或浅黄色透明颗粒状物。(5)以上合成工艺过程都应在氮气保护氛围中进行。制得的聚酯树脂的理化指标见表1中所示的实施例a。

实施例b

具体合成过程为：(1)在备有加热装置、搅拌器和蒸馏柱的5000ml反应釜中，加入配方量的质量份数为1612份的多元醇组分a(其中1512份为新戊二醇，100份为2-甲基-1，3-丙二醇)，常压升温至110-130℃；再投入配方量的质量份数为2500份的多元酸组分b(其中2200份为对苯二甲酸、300份为间苯二甲酸)、质量份数为90份的氢化二聚酸组分c(其中90份为氢化二聚豆油脂肪酸)和质量份数为5份的酯化催化剂组分d(其中5份为单丁基氧化锡)，边搅拌边逐渐升温。(2)物料温度升至165-175℃，酯化反应开始，酯化水开始生成并通过蒸馏柱蒸出，控制蒸馏柱顶端蒸汽温度在99℃±2℃；逐渐升温，边酯化反应边酯化水馏出，待料温升至250℃±2℃时，进行保温反应；当蒸馏柱顶气温降至小于70℃时，同时酯化水出水量达到理论出水量的95％及以上，保温结束。(3)加入质量份数为160份的酸解剂组分e(其中135份为间苯二甲酸，25份为偏苯三酸酐)，在245℃-248℃条件下保温反应80-100min。(4)保温反应结束后，逐步抽真空至-0.097—-0.098mpa，在242℃-245℃的真空条件下继续反应90-120min。(4)减压反应结束后，逐渐降温至200℃，加入质量份数为15份的抗氧剂组分f(其中15份为at-215)，搅拌反应15-30min，出料；冷却粉碎后，得到一种无色或浅黄色透明颗粒状物。(5)以上合成工艺过程都应在氮气保护氛围中进行。制得的聚酯树脂的理化指标见表1中所示的实施例b。

实施例c

具体合成过程为：(1)在备有加热装置、搅拌器和蒸馏柱的5000ml反应釜中，加入配方量的质量份数为1620份的多元醇组分a(其中1540份为新戊二醇，80份为2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇)，常压升温至110-130℃；再投入配方量的质量份数为2440份的多元酸组分b(其中2200份为对苯二甲酸、240份为间苯二甲酸)、质量份数为100份的氢化二聚酸组分c(其中50份为氢化二聚妥儿油脂肪酸，50份为氢化二聚菜籽油脂肪数)和质量份数为5份的酯化催化剂组分d(其中4份为单丁基氧化锡，1份为草酸亚锡)，边搅拌边逐渐升温。(2)物料温度升至165-175℃，酯化反应开始，酯化水开始生成并通过蒸馏柱蒸出，控制蒸馏柱顶端蒸汽温度在99℃±2℃；逐渐升温，边酯化反应边酯化水馏出，待料温升至250℃±2℃时，进行保温反应；当蒸馏柱顶气温降至小于70℃时，同时酯化水出水量达到理论出水量的95％及以上，保温结束。(3)加入质量份数为160份的酸解剂组分e(其中140份为间苯二甲酸，20份为偏苯三酸酐)，在245℃-248℃条件下保温反应80-100min。(4)保温反应结束后，逐步抽真空至-0.097—-0.098mpa，在242℃-245℃的真空条件下继续反应90-120min。(4)减压反应结束后，逐渐降温至200℃，加入质量份数为15份的抗氧剂组分f(其中15份为at-215)，搅拌反应15-30min，出料；冷却粉碎后，得到一种无色或浅黄色透明颗粒状物。(5)以上合成工艺过程都应在氮气保护氛围中进行。制得的聚酯树脂的理化指标见表1中所示的实施例c。

实施例d

具体合成过程为：(1)在备有加热装置、搅拌器和蒸馏柱的5000ml反应釜中，加入配方量的质量份数为1625份的多元醇组分a(其中1465份为新戊二醇，60份为2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇，100份1，4-环己烷二甲醇)，常压升温至110-130℃；再投入配方量的质量份数为2400份的多元酸组分b(其中2200份为对苯二甲酸、200份为间苯二甲酸)、质量份数为120份的氢化二聚酸组分c(其中70份为氢化二聚豆油脂肪酸，50份为氢化二聚菜籽油脂肪数)和质量份数为6份的酯化催化剂组分d(其中3份为单丁基氧化锡，3份为草酸亚锡)，边搅拌边逐渐升温。(2)物料温度升至165-175℃，酯化反应开始，酯化水开始生成并通过蒸馏柱蒸出，控制蒸馏柱顶端蒸汽温度在99℃±2℃；逐渐升温，边酯化反应边酯化水馏出，待料温升至250℃±2℃时，进行保温反应；当蒸馏柱顶气温降至小于70℃时，同时酯化水出水量达到理论出水量的95％及以上，保温结束。(3)加入质量份数为155份的酸解剂组分e(其中135份为间苯二甲酸，20份为偏苯三酸酐)，在245℃-248℃条件下保温反应80-100min。(4)保温反应结束后，逐步抽真空至-0.097—-0.098mpa，在242℃-245℃的真空条件下继续反应90-120min。(4)减压反应结束后，逐渐降温至200℃，加入质量份数为15份的抗氧剂组分f(其中15份为at-215)，搅拌反应15-30min，出料；冷却粉碎后，得到一种无色或浅黄色透明颗粒状物。(5)以上合成工艺过程都应在氮气保护氛围中进行。制得的聚酯树脂的理化指标见表1中所示的实施例d。

实施例e

具体合成过程为：(1)在备有加热装置、搅拌器和蒸馏柱的5000ml反应釜中，加入配方量的质量份数为1680份的多元醇组分a(其中1470份为新戊二醇，150份为2-甲基-1，3-丙二醇，60份2-丁基-2-乙基-1，3-丙二醇)，常压升温至110-130℃；再投入配方量的质量份数为2560份的多元酸组分b(其中2200份为对苯二甲酸、360份为间苯二甲酸)、质量份数为150份的氢化二聚酸组分c(其中150份为氢化二聚豆油脂肪酸)和质量份数为5份的酯化催化剂组分d(其中5份为单丁基氧化锡)，边搅拌边逐渐升温。(2)物料温度升至165-175℃，酯化反应开始，酯化水开始生成并通过蒸馏柱蒸出，控制蒸馏柱顶端蒸汽温度在99℃±2℃；逐渐升温，边酯化反应边酯化水馏出，待料温升至250℃±2℃时，进行保温反应；当蒸馏柱顶气温降至小于70℃时，同时酯化水出水量达到理论出水量的95％及以上，保温结束。(3)加入质量份数为185份的酸解剂组分e(其中160份为间苯二甲酸，25份为偏苯三酸酐)，在245℃-248℃条件下保温反应80-100min。(4)保温反应结束后，逐步抽真空至-0.097—-0.098mpa，在242℃-245℃的真空条件下继续反应90-120min。(4)减压反应结束后，逐渐降温至200℃，加入质量份数为15份的抗氧剂组分f(其中15份为at-215)，搅拌反应15-30min，出料；冷却粉碎后，得到一种无色或浅黄色透明颗粒状物。(5)以上合成工艺过程都应在氮气保护氛围中进行。制得的聚酯树脂的理化指标见表1中所示的实施例e。

表1聚酯树脂的原料配比和理化指标

注：树脂的酸值测试按照gb/t6743-2008的标准检测

树脂的熔融旋转粘度测试按照gb/t9751.1-2008的标准检测

树脂的玻璃化温度测定按照gb/t19466.2-2004的标准检测

树脂的软化点测定按照gb/t27808-2011的标准检测

本发明所合成的聚酯树脂的性能需要通过制成聚酯-羟烷基酰胺粉末涂料的性能来体现，将由本发明所提供的制备方法合成的饱和端羧基聚酯树脂，与羟烷基酰胺(固化剂t105，宁波南海化学公司产品，羟基当量：80-84g/eq，熔程：120-130℃)、颜料、填料、以及各种辅助助剂混合，经熔融混合挤出，冷却压片、破碎、研磨成粉末，制成聚酯-羟烷基酰胺粉末涂料。

表2聚酯-羟烷基酰胺粉末涂料配方及涂膜性能

注：

1.固化剂t105：羟烷基酰胺(宁波南海化学公司)，当量：82g/mol

2.glp588：粉末涂料专用流平剂(宁波南海化学有限公司生产的聚丙烯酸酯类流平剂)

3.blc701：粉末涂料用增光剂(波南海化学有限公司生产的丙烯酸酯共聚物为主体的粉末涂料添加剂)

4、炭黑：粉末涂料用颜料(潍坊科伦比恩化工有限公司)

5、沉淀硫酸钡w5hb：粉末涂料用填料(陕西富化公司)

6、安息香：粉末涂料用脱气剂

7.表中的树脂a、树脂b……树脂e，依次是表1中的实施例a、实施例b……实施例e制得的树脂。实例是采用上述树脂加上辅料制得的聚酯-羟烷基酰胺粉末涂料。

8.粉末涂料涂膜性能测试标准

涂膜的厚度测试按照gb/t13452.2-2008的标准检测

涂膜的光泽测试按照gb/t1743-1979的标准检测

涂膜的耐溶剂擦拭测试按照gb23989-2009的标准检测

涂膜的附着力测试按照gb/t9286-1998的标准检测

涂膜的冲击性能测试按照gb/t1732-1993的标准检测

涂膜的耐水性能测试按照gb/t1733-1993的标准检测

通过上述实施例可以说明，本发明所合成的聚酯树脂，制成聚酯-羟烷基酰胺粉末涂料，其涂层相对对比例a的普通聚酯树脂制成的粉末涂料，涂膜具有优异的耐水性和耐水煮性，优异的流平性和丰满度，同时能够有效提高固化漆膜的抗冲击和弯曲等机械性能，漆膜具有优异的装饰性能和防护性能。该粉末涂料能够应用于各种耐候装饰性领域。