本发明属于涂料领域，具体涉及一种UV固化树脂和UV固化粉末涂料的制备方法。
背景技术：
UV固化粉末涂料是一种把粉末涂料与光固化涂料各自的优点相互结合的新型涂料。UV固化粉末涂料可以在较低温度下固化、且熔融流平不会发生早起固化，从根本上克服了热固化粉末涂料的顽疾，也消除了UV固化液态涂料的不足，加之光固化速度快，可以实现自动化流水线涂布，可以应用于木制品、塑料制品、合金剂装配制品、纸质基材、汽车、化工管道等多个领域，有十分广阔的发展前景。
UV固化粉末涂料的制备存在着多重困难，例如低温固化下流平性和常温储存性的矛盾、熔融挤出过程中的固化问题、厚涂下的深层固化问题等。相比国内而言，国外对UV固化粉末涂料的开发技术相对领先，US 6747070和US 6525161公开了一种基于聚酯骨架和丙烯酸酯端基的粉末涂料树脂，但并没有表明解决了固化流平和储存性的矛盾。DSM公司开发的一种适合纸张、塑料等基材的UV固化粉末涂料(CN 104893516)，氰特(CYTEC)公司开发的“Uvecoat”系列UV光固化涂料树脂、以及今年来国内开发的UV固化粉末涂料(CN 201210228061、CN 201210437690、CN 201510255566、CN201510256653、CN201510257360)，可以在低温100-130℃下流平良好、可以有良好的低温储存性，但无法实现厚涂(60-110um)下的快速完全固化，从而影响了工业化的应用。
本发明公开了一种UV固化粉末涂料的制备方法，特征在于首先采用缩合聚合法与化学改性法相结合制备UV固化树脂，再将树脂、填料、助剂等通过熔融挤出和粉碎制备UV固化粉末涂料。其优点是：可制备透明、浅色、深色等多种粉末涂料，在单层厚涂后低温快速UV固化，涂膜流平好、硬度高、光泽度高、耐候性好、储存稳定性好、用途广泛。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种在110-130℃下可流平、可UV快速固化的粉末涂料，具有涂膜硬度高、光泽度高、强度高、耐光性好、耐候性好、耐溶剂性好等优良使用性能。
本发明的主要技术方案：
一种UV固化树脂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将多元醇、多元酸和/或酸酐、有机胺三类单体发生酯化反应进行缩合聚合，直至酸值为22-36mgKOH/g；
(2)在(1)的反应体系中滴加双环戊二烯进行接枝改性；
(3)再将(2)的反应体系抽真空进行真空缩聚，直至酸值为3-8mgKOH/g，粘度为1000-3000mPa·s；(4)再在(3)的反应体系中加入抗氧化剂和光引发剂，降温出料得到UV固化树脂。
优选的，按重量比计，多元醇：多元酸和/或酸酐：有机胺：双环戊二烯＝(25-40)：(50-70)：(1-3)：(1-15)。
优选的，所述多元醇为乙二醇、二乙二醇份、2-甲基-1,3-丙二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、1,4-环己烷二甲醇、丙三醇、三羟甲基丙烷中的一种或多种；
所述多元酸为己二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、1,4-环己烷二甲酸、富马酸中的一种或多种；
所述酸酐为偏苯三酸酐、马来酸酐中的一种或多种；
所述有机胺为乙二胺、己二胺、三乙醇胺、对苯二胺中的一种或多种。
优选的，所述抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三苯酯、2,6-二叔丁基对甲酚、1010抗氧剂、1076抗氧剂、1098抗氧剂中的一种或多种，所述抗氧化剂占UV固化树脂总量的质量分数为0.1-0.5％。
优选的，所述光引发剂为651光引发剂、819光引发剂、TPO光引发剂、2959光引发剂、907光引发剂、二芳基碘鎓盐中的一种或多种，所述光引发剂占UV固化树脂总量的质量分数为3-8％。
优选的，所述步骤(1)中的酯化反应是将三类单体与催化剂、阻聚剂在氮气保护下，升温至190-250℃进行；
所述步骤(2)是将步骤(1)的反应体系降温至120-140℃，逐步滴加双环戊二稀进行改性，滴加时间控制在0.5-3小时；
所述步骤(3)是将步骤(2)的反应体系在升温至190-250℃进行真空缩聚；
所述步骤(4)是将步骤(3)的反应体系降温至150-190℃后加入抗氧化剂、光引发剂，。
优选的，所述催化剂为醋酸锑、乙二醇锑、氯化亚锡、辛酸亚锡、单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、二丁基二月桂酸锡、单丁基二羟基氯化锡、钛酸四丁酯中的一种或多种，所述催化剂占UV固化树脂总量的质量分数为0.05-0.2％。
优选的，所述阻聚剂为2,6-二叔丁基对苯二酚、对苯二酚、对羟基苯甲醚、甲基氢醌、氮氧自由基哌啶醇中的一种或一种以上，所述阻聚剂占UV固化树脂总量的质量分数为0.05-0.5％。
本发明还提供一种UV固化树脂，所述UV固化树脂由上述的方法制备得到。
本发明还提供一种上述UV固化树脂的用途，所述用途为用于制备UV固化粉末涂料。
本发明还提供一种UV固化粉末涂料的制备方法，所述方法为将上面所述方法制备的UV固化树脂、颜填料、助剂充分混合后通过挤出机，在60-110℃下熔融挤出，冷却后再经过破碎、粉碎、过筛后得到UV固化粉末涂料。
优选的，所述方法包括如下步骤：
(1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和氮气入口的反应器中加入将单体原料、催化剂、阻聚剂，在氮气保护下，升温至190-250℃，进行酯化反应，直至酸值合格；
(2)将反应器降温至120-140℃，逐步滴加双环戊二稀进行改性，滴加时间控制在0.5-3小时；
(3)将反应器再升温至190-250℃，抽真空进行真空缩聚，直至酸值和粘度合格；
(4)将反应器降温至150-190℃，加入抗氧剂、光引发剂，保温1小时；
(5)降温出料得到UV固化树脂；
(6)将得到的UV固化树脂、颜填料、助剂等充分混合后通过挤出机，在60-110℃下熔融挤出，冷却后再经过破碎、粉碎、过筛后得到UV固化粉末涂料。
上述步骤(1)的酸值合格是指酸值为22-36mgKOH/g；
上述步骤(3)的酸值合格是指酸值为3-8mgKOH/g，粘度合格是指粘度为1000-3000mPa·s。
优选的，按重量分数计，所述UV固化树脂51-99份、颜填料0-45份、助剂1-4份。
优选的，所述填料为钛白粉、硫酸钡、硅微粉、碳酸钙、云母粉、滑石粉、高岭土中的两种或两种以上。
优选的，所述助剂为流平剂、脱气剂、光亮剂、中的一种或多种，所述助剂占UV固化树脂总量的质量分数为1-5％。
优选的，所述流平剂为PV88，脱气剂为安息香，光亮剂为701。
本发明的有益效果：
将本发明制备的UV固化树脂用于制备UV固化粉末涂料，制得的UV固化粉末涂料在40℃下热储24h不结团，经静电喷涂单层涂膜厚度可达到60-110um，在红外烘道100-130℃下3min流平，然后在UV能量为1000mj/cm2的烘道80-120℃下3min固化，形成的涂层光泽大于90％、硬度大于1H、耐冲击30-50kg·cm、耐氙灯100-500h保光率大于50％、耐盐雾100-500h单边腐蚀小于3mm。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
【实施例1】
1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和氮气入口的反应器中加入将乙二醇9kg、新戊二醇10kg、1,4-环己烷二甲醇15kg、己二酸18kg、对苯二甲酸10kg、间苯二甲酸15kg、1,4-环己烷二甲酸5kg、马来酸酐15kg、乙二胺3kg、单丁基氧化锡0.08kg、2,6-二叔丁基对苯二酚0.05kg、甲基氢醌0.1kg、氮氧自由基哌啶醇0.05kg，在氮气保护下，升温至190-250℃，进行酯化反应，直至酸值合格(22-36mgKOH/g)；；2)将反应器降温至120-140℃，逐步滴加双环戊二稀5kg进行改性，滴加时间控制在1小时；3)将反应器再升温至190-250℃，抽真空进行真空缩聚，直至酸值合格(3-8mgKOH/g)，粘度合格(1000-3000mPa·s)；4)将反应器降温至150-190℃，加入亚磷酸三苯酯0.1kg、1010抗氧剂0.1kg、651光引发剂0.5kg、819光引发剂1kg、二芳基碘鎓盐1kg，保温1小时；5)降温出料得到UV固化树脂；6)将得到的UV固化树脂97kg、PV88流平剂1kg、安息香0.4kg、701光亮剂1kg充分混合后通过挤出机，在100℃下熔融挤出，冷却后再经过破碎、粉碎、过筛后得到UV固化粉末涂料。制得的UV固化粉末涂料在40℃下热储24h不结团，经静电喷涂单层涂膜厚度达到80um，在红外烘道120℃下3min流平，然后在UV能量为1000mj/cm2的烘道100℃下3min固化，形成的涂层光泽大于90％、硬度大于1H、耐冲击50kg·cm、耐氙灯100h保光率大于50％、耐盐雾100h单边腐蚀小于3mm。
【实施例2】
1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和氮气入口的反应器中加入将二乙二醇10kg、新戊二醇25kg、己二酸3kg、对苯二甲酸44kg、偏苯三酸酐2kg、马来酸酐9kg、富马酸5kg、己二胺3kg、二丁基氧化锡0.08kg、2,6-二叔丁基对苯二酚0.02kg、甲基氢醌0.08kg、氮氧自由基哌啶醇0.05kg，在氮气保护下，升温至190-250℃，进行酯化反应，直至酸值合格；2)将反应器降温至120-140℃，逐步滴加双环戊二稀10kg进行改性，滴加时间控制在2小时；3)将反应器再升温至190-250℃，抽真空进行真空缩聚，直至酸值和粘度合格；4)将反应器降温至150-190℃，加入2,6-二叔丁基对甲酚0.1kg、1076抗氧剂0.1kg、2959光引发剂1kg、TPO光引发剂4kg、二芳基碘鎓盐1kg，保温1小时；5)降温出料得到UV固化树脂；6)将得到的UV固化树脂58kg、钛白粉18kg、硫酸钡22kg、PV88流平剂1kg、安息香0.4kg、701光亮剂1kg充分混合后通过挤出机，在100℃下熔融挤出，冷却后再经过破碎、粉碎、过筛后得到UV固化粉末涂料。制得的UV固化粉末涂料在40℃下热储24h不结团，经静电喷涂单层涂膜厚度达到70um，在红外烘道130℃下3min流平，然后在UV能量为1000mj/cm2的烘道100℃下3min固化，形成的涂层光泽大于95％、硬度大于1H、耐冲击30kg·cm、耐氙灯400h保光率大于50％、耐盐雾400h单边腐蚀小于3mm。
【实施例3】
1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和氮气入口的反应器中加入将乙二醇25kg、2-甲基-1,3-丙二醇4kg、己二酸5kg、间苯二甲酸43kg、偏苯三酸酐1kg、马来酸酐5kg、富马酸10kg、三乙醇胺3kg、辛酸亚锡0.1kg、2,6-二叔丁基对苯二酚0.1kg、甲基氢醌0.1kg、氮氧自由基哌啶醇0.2kg，在氮气保护下，升温至190-250℃，进行酯化反应，直至酸值合格；2)将反应器降温至120-140℃，逐步滴加双环戊二稀15kg进行改性，滴加时间控制在3小时；3)将反应器再升温至190-250℃，抽真空进行真空缩聚，直至酸值和粘度合格；4)将反应器降温至150-190℃，加入三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.1kg、1098抗氧剂0.1kg、907光引发剂1kg、TPO光引发剂3kg、二芳基碘鎓盐0.5kg，保温1小时；5)降温出料得到UV固化树脂；6)将得到的UV固化树脂58kg、钛白粉18kg、硫酸钡22kg、PV88流平剂1kg、安息香0.4kg、701光亮剂1kg充分混合后通过挤出机，在100℃下熔融挤出，冷却后再经过破碎、粉碎、过筛后得到UV固化粉末涂料。制得的UV固化粉末涂料经静电喷涂单层涂膜厚度达到100um，在红外烘道130℃下3min流平，然后在UV能量为1000mj/cm2的烘道100℃下3min固化，形成的涂层光泽大于98％、硬度大于1H、耐冲击50kg·cm、耐氙灯500h保光率大于50％、耐盐雾500h单边腐蚀小于3mm。
【实施例4】
1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和氮气入口的反应器中加入将1,6-己二醇9kg、新戊二醇25kg、1,4-环己烷二甲酸45kg、马来酸酐18kg、对苯二胺3kg、二丁基二月桂酸锡0.2kg、甲基氢醌0.04kg、氮氧自由基哌啶醇0.04kg，在氮气保护下，升温至190-250℃，进行酯化反应，直至酸值合格；2)将反应器降温至120-140℃，逐步滴加双环戊二稀1kg进行改性，滴加时间控制在0.5小时；3)将反应器再升温至190-250℃，抽真空进行真空缩聚，直至酸值和粘度合格；4)将反应器降温至150-190℃，加入三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.1kg、1098抗氧剂0.1kg、907光引发剂1kg、TPO光引发剂3kg、二芳基碘鎓盐0.5kg，保温1小时；5)降温出料得到UV固化树脂；6)将得到的UV固化树脂58kg、钛白粉18kg、硫酸钡22kg、PV88流平剂1kg、安息香0.4kg、701光亮剂1kg充分混合后通过挤出机，在100℃下熔融挤出，冷却后再经过破碎、粉碎、过筛后得到UV固化粉末涂料。制得的UV固化粉末涂料在40℃下热储24h不结团，经静电喷涂单层涂膜厚度达到110um，在红外烘道100℃下3min流平，然后在UV能量为1000mj/cm2的烘道100℃下3min固化，形成的涂层光泽大于90％、硬度大于1H、耐冲击50kg·cm、耐氙灯500h保光率大于50％、耐盐雾500h单边腐蚀小于3mm。
【实施例5】
1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和氮气入口的反应器中加入将1,6-己二醇10kg、新戊二醇10kg、1,4-环己烷二甲醇13kg、丙三醇2kg、己二酸20kg、对苯二甲酸10kg、间苯二甲酸15kg、1,4-环己烷二甲酸5kg、马来酸酐15kg、乙二胺2kg、二丁基氧化锡0.08kg、2,6-二叔丁基对苯二酚0.02kg、甲基氢醌0.08kg、氮氧自由基哌啶醇0.05kg，在氮气保护下，升温至190-250℃，进行酯化反应，直至酸值合格；2)将反应器降温至120-140℃，逐步滴加双环戊二稀5kg进行改性，滴加时间控制在1小时；3)将反应器再升温至190-250℃，抽真空进行真空缩聚，直至酸值和粘度合格；4)将反应器降温至150-190℃，加入2,6-二叔丁基对甲酚0.1kg、1076抗氧剂0.1kg、2959光引发剂1kg、TPO光引发剂4kg、二芳基碘鎓盐1kg，保温1小时；5)降温出料得到UV固化树脂；6)将得到的UV固化树脂58kg、钛白粉18kg、硫酸钡22kg、PV88流平剂1kg、安息香0.4kg、701光亮剂1kg充分混合后通过挤出机，在100℃下熔融挤出，冷却后再经过破碎、粉碎、过筛后得到UV固化粉末涂料。制得的UV固化粉末涂料经静电喷涂单层涂膜厚度达到70um，在红外烘道130℃下3min流平，然后在UV能量为1000mj/cm2的烘道100℃下3min固化，形成的涂层光泽大于95％、硬度大于1H、耐冲击50kg·cm、耐氙灯400h保光率大于50％、耐盐雾400h单边腐蚀小于3mm。
【实施例6】
1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和氮气入口的反应器中加入将2-甲基-1,3-丙二醇5kg、新戊二醇24kg、己二酸3kg、对苯二甲酸45kg、马来酸酐9kg、富马酸5kg、己二胺2kg、辛酸亚锡0.1kg、2,6-二叔丁基对苯二酚0.1kg、甲基氢醌0.1kg、氮氧自由基哌啶醇0.2kg，在氮气保护下，升温至190-250℃，进行酯化反应，直至酸值合格；2)将反应器降温至120-140℃，逐步滴加双环戊二稀10kg进行改性，滴加时间控制在2小时；3)将反应器再升温至190-250℃，抽真空进行真空缩聚，直至酸值和粘度合格；4)将反应器降温至150-190℃，加入三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.1kg、1098抗氧剂0.1kg、907光引发剂1kg、TPO光引发剂3kg、二芳基碘鎓盐0.5kg，保温1小时；5)降温出料得到UV固化树脂；6)将得到的UV固化树脂58kg、钛白粉18kg、硫酸钡22kg、PV88流平剂1kg、安息香0.4kg、701光亮剂1kg充分混合后通过挤出机，在100℃下熔融挤出，冷却后再经过破碎、粉碎、过筛后得到UV固化粉末涂料。制得的UV固化粉末涂料在40℃下热储24h不结团，经静电喷涂单层涂膜厚度达到70um，在红外烘道130℃下3min流平，然后在UV能量为1000mj/cm2的烘道100℃下3min固化，形成的涂层光泽大于90％、硬度大于1H、耐冲击30kg·cm、耐氙灯500h保光率大于50％、耐盐雾500h单边腐蚀小于3mm。
【实施例7】
1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和氮气入口的反应器中加入将二乙二醇24kg、丙三醇1kg、三羟甲基丙烷1kg、己二酸5kg、间苯二甲酸45kg、马来酸酐5kg、富马酸10kg、三乙醇胺1kg、钛酸四丁酯0.2kg、甲基氢醌0.04kg、氮氧自由基哌啶醇0.04kg，在氮气保护下，升温至190-250℃，进行酯化反应，直至酸值合格；2)将反应器降温至120-140℃，逐步滴加双环戊二稀15kg进行改性，滴加时间控制在3小时；3)将反应器再升温至190-250℃，抽真空进行真空缩聚，直至酸值和粘度合格；4)将反应器降温至150-190℃，加入三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯0.1kg、1098抗氧剂0.1kg、907光引发剂1kg、TPO光引发剂3kg、二芳基碘鎓盐0.5kg，保温1小时；5)降温出料得到UV固化树脂；6)将得到的UV固化树脂58kg、钛白粉18kg、硫酸钡22kg、PV88流平剂1kg、安息香0.4kg、701光亮剂1kg充分混合后通过挤出机，在100℃下熔融挤出，冷却后再经过破碎、粉碎、过筛后得到UV固化粉末涂料。制得的UV固化粉末涂料在40℃下热储24h不结团，经静电喷涂单层涂膜厚度达到110um，在红外烘道100℃下3min流平，然后在UV能量为1000mj/cm2的烘道100℃下3min固化，形成的涂层光泽大于90％、硬度大于1H、耐冲击50kg·cm、耐氙灯500h保光率大于50％、耐盐雾500h单边腐蚀小于3mm。
【实施例8】
1)在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管和氮气入口的反应器中加入将乙二醇10kg、新戊二醇25kg、三羟甲基丙烷2kg、1,4-环己烷二甲酸44kg、马来酸酐20kg、对苯二胺1kg、醋酸锑0.08kg、2,6-二叔丁基对苯二酚0.05kg、甲基氢醌0.1kg、氮氧自由基哌啶醇0.05kg，在氮气保护下，升温至190-250℃，进行酯化反应，直至酸值合格；2)将反应器降温至120-140℃，逐步滴加双环戊二稀1kg进行改性，滴加时间控制在0.5小时；3)将反应器再升温至190-250℃，抽真空进行真空缩聚，直至酸值和粘度合格；4)将反应器降温至150-190℃，加入亚磷酸三苯酯0.1kg、1010抗氧剂0.1kg、651光引发剂0.5kg、819光引发剂1kg、二芳基碘鎓盐1kg，保温1小时；5)降温出料得到UV固化树脂；6)将得到的UV固化树脂97kg、PV88流平剂1kg、安息香0.4kg、701光亮剂1kg充分混合后通过挤出机，在100℃下熔融挤出，冷却后再经过破碎、粉碎、过筛后得到UV固化粉末涂料。制得的UV固化粉末涂料在40℃下热储24h不结团，经静电喷涂单层涂膜厚度达到80um，在红外烘道120℃下3min流平，然后在UV能量为1000mj/cm2的烘道100℃下3min固化，形成的涂层光泽大于95％、硬度大于1H、耐冲击50kg·cm、耐氙灯100h保光率大于50％、耐盐雾100h单边腐蚀小于3mm。
对比例1
与实施例1相比，对比例1是将相同质量的单体、催化剂、阻聚剂、抗氧化剂、光引发剂这些原料同时加入到反应器中，在氮气保护下，升温至190-250℃反应，制备得到的UV固化树脂，再将该树脂用实施例1的方法制备得到UV固化粉末涂料A1。
对比例2
与实施例1相比，对比例2中所添加双环戊二烯进行化学改性的用量为50kg，其他步骤条件与实施例1相同，制备得到UV固化粉末涂料A2。
对比例3
与实施例1相比，对比例2中所添加双环戊二烯进行化学改性的用量为0.01kg，其他步骤条件与实施例1相同，制备得到UV固化粉末涂料A3。
对比例4
与实施例2相比，对比例4在酯化反应过程中添加的己二胺为20kg，其他步骤于实施例2相同，制备得到UV固化粉末涂料A4。
对比例5
与实施例3相比，对比例5中的光引发剂只添加907光引发剂0.1份，其他步骤于实施例3相同，制备得到UV固化粉末涂料A5。
对比例6
与实施例3相比，对比例6的区别在于，在添加双环戊二烯进行接枝改性时，反应器的温度维持在190-250℃不变，不降温，其他条件与实施例3相同，制备得到UV固化粉末涂料A6。
将实施例1-2和对比例1-6制得的UV固化粉末涂料在40℃下热储24h，检测是否结团，经静电喷涂单层检测涂膜厚度，在红外烘道100-130℃下3min检测是否流平，然后在UV能量为1000mj/cm2的烘道80-120℃下3min内检测是否固化，检测形成的涂层光泽、硬度、耐冲击，检测耐氙灯100h保光率、耐盐雾100h单边腐蚀宽度，具体数据件表1。
表1
从上述表1可以看出，实施例1和实施例2制备的UV固化粉末涂料的性能均比对比例1-6制备的涂料要好，从实施例1和对比例1的对比结果可以看出，实施例1先将多元醇和酸以及有机胺进行缩聚反应，再添加双环戊二烯进行接枝改性，这样得到的聚合物分子量比对比例1中没有分步添加得到的聚合物分子量高，对比例1的聚合物粘度低，分子量低，固化活性基团不足；而从对比例2-5中可以看出，采用实施例实施例1-3的配比可以得到性能更好的涂料，低于或者超过本机是技术方案范围外的添加量所得到的UV固化粉末涂料的性能比实施例1-3制备得到的UV固化粉末涂料性能差；从对比例6可以看出，分步添加双环戊二烯，并降低化学接枝改性的温度所述得到的UV固化粉末涂料产品的性能比对比例6要好。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。