适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料及其制备方法与流程

本发明涉及粉末涂料领域，具体涉及适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料及其制备方法。

背景技术：

1、粉末涂料与涂装以其省资源、省能源、无公害、效率高和易实现自动化生产的优点受到人们青睐，产量迅速增长，成为涂料工业的发展方向之一。粉末涂料不需要溶剂，挥发性组分很低，不像溶剂型涂料会对环境造成污染。粉末涂料常以环氧、聚酯、丙烯酸等有机树脂作为基体，通过添加固化剂、颜填料与助剂等原料，经混炼、压片、破碎、研磨、过筛制得粉体涂料，具有节能环保、涂装高效、防护性好、可回收再利用的特点，是一种生态环保涂料。粉末涂料具有自身的生产工艺特点，不像液体涂料那样低温固化，一般而言我们将固化温度在180-200℃之间的粉末涂料定为标准固化型粉末涂料，将固化温度130-160℃之间的粉末涂料定为低温固化型，将固化温度110-130℃之间的粉末涂料定为超低温固化型。粉末涂料超低温固化技术难度很大，如何有效降低粉末涂料的固化温度，减少固化时间是本发明的关键，而且从节约能源、降低成本、提高效率、扩大粉末涂料的应用范围考虑，低温固化粉末涂料的开发具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料及其制备方法：通过将聚酯树脂、低温高效固化剂熔融并搅拌，之后出料，得到混合料，将混合料、环氧树脂、改性二氧化钛、硬脂酸以及颜料混合均匀，之后经过挤出机熔融挤出，之后冷却压片，将片材粉碎、过筛，得到该适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料，解决了现有的粉末涂料固化温度高，固化时间长，而且耐候性和抗紫外线性能不佳，不适合在户外环境下长期使用的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料，包括以下重量份组分：

4、聚酯树脂90-100份、环氧树脂120-130份、低温高效固化剂1.4-3.8份、改性二氧化钛20-30份、硬脂酸1-5份以及颜料4-8份；

5、所述低温高效固化剂由以下步骤制备得到：

6、步骤a1：将2-甲基咪唑、无水乙醇加入至安装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应15-20min，之后加入丙烯腈继续搅拌反应30-40min，之后升温至50-55℃的条件下继续搅拌反应3-5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后旋转蒸发去除溶剂，之后收集温度为89-92℃，压力为460pa的馏分，得到中间体1；

7、反应原理如下：

8、

9、步骤a2：将中间体1、雷尼钴、氢氧化钾以及无水乙醇加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气排出三口烧瓶中的空气，之后通入氢气维持压力为4.5-5mpa，之后在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应20-30min，之后升温至90-95℃的条件下继续搅拌反应4-4.5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后真空抽滤，将滤液旋转蒸发去除溶剂，之后常压收集温度为138-142℃的馏分，得到中间体2；

10、反应原理如下：

11、

12、步骤a3：将六亚甲基二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡以及乙酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应10-15min，之后加入季戊四醇继续搅拌反应10-15min，之后升温至70-75℃的条件下继续搅拌反应3-5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后旋转蒸发去除溶剂，得到中间体3；

13、反应原理如下：

14、

15、步骤a4：将中间体3、2，2-二羟甲基丙酸、二月桂酸二丁基锡以及丙酮加入至安装有搅拌器、温度计、回流冷凝管以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应10-15min，之后升温至回流的条件下继续搅拌反应5-7h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后旋转蒸发去除溶剂，得到中间体4；

16、反应原理如下：

17、

18、步骤a5：将中间体4以及乙酸乙酯加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应10-15min，之后升温至35-40℃的条件下边搅拌边逐滴加入中间体2溶液，控制滴加速率为1-2滴/s，滴加完毕后升温至70-75℃的条件下继续搅拌反应4-5h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后加入三乙胺继续搅拌反应20-30min，之后旋转蒸发去除溶剂，得到低温高效固化剂。

19、反应原理如下：

20、

21、作为本发明进一步的方案：步骤a1中的所述2-甲基咪唑、无水乙醇以及丙烯腈的用量比为0.1mol：60-80ml：0.11-0.12mol。

22、作为本发明进一步的方案：步骤a2中的所述中间体1、雷尼钴、氢氧化钾以及无水乙醇的用量比为5g：0.7-1g：0.2-0.3g：30-40ml。

23、作为本发明进一步的方案：步骤a3中的所述六亚甲基二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、乙酸乙酯以及季戊四醇的用量比为0.4mol：0.1-0.15g：180-200ml：0.1mol。

24、作为本发明进一步的方案：步骤a4中的所述中间体3、2，2-二羟甲基丙酸、二月桂酸二丁基锡以及丙酮的用量比为20mmol：10mmol：0.05-0.1g：80-100ml。

25、作为本发明进一步的方案：步骤a5中的所述中间体4、乙酸乙酯、中间体2溶液以及三乙胺的用量比为10mmol：40-50ml：60-70ml：60-70mmol，所述中间体2溶液为中间体2按照10-12mmol：10ml溶解于混合溶剂所形成的溶液，所述混合溶剂为无水乙醇和乙酸乙酯按照等体积混合而成。

26、作为本发明进一步的方案：所述改性二氧化钛由以下步骤制备得到：

27、将纳米二氧化钛、无水乙醇以及去离子水加入至安装有搅拌器、温度计以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下边搅拌边逐滴加入氢氧化钠溶液，控制滴加速率为1-2滴/s，直至调节ph为9-10，滴加完毕后升温至80-85℃的条件下搅拌反应2-3h，之后加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷继续搅拌反应10-15h，反应结束后将反应产物冷却至室温，之后离心，将沉淀物用蒸馏水洗涤3-5次，之后放置于真空干燥箱中，在温度为75-80℃的条件下干燥8-10h，得到改性二氧化钛。

28、作为本发明进一步的方案：所述纳米二氧化钛、无水乙醇、去离子水以及γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的用量比为5g：75-80ml：20-25ml：0.8-3.6g，所述氢氧化钠溶液的质量分数为20-25％。

29、作为本发明进一步的方案：适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：

30、步骤一：按照重量份称取聚酯树脂90-100份、环氧树脂120-130份、低温高效固化剂1.4-3.8份、改性二氧化钛20-30份、硬脂酸1-5份以及颜料4-8份，备用；

31、步骤二：将聚酯树脂、低温高效固化剂在温度为180-200℃的条件下熔融并搅拌45-60min，之后出料，得到混合料；

32、步骤三：将混合料、环氧树脂、改性二氧化钛、硬脂酸以及颜料混合均匀，之后经过挤出机熔融挤出，之后冷却压片，将片材粉碎、过筛，得到该适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料。

33、作为本发明进一步的方案：所述聚酯树脂为dy-9021聚酯树脂，所述环氧树脂为环氧树脂e-12，所述颜料为铁红、镉黄、炭黑、酞菁蓝中的一种。

34、本发明的有益效果：

35、本发明的适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料及其制备方法，通过将聚酯树脂、低温高效固化剂熔融并搅拌，之后出料，得到混合料，将混合料、环氧树脂、改性二氧化钛、硬脂酸以及颜料混合均匀，之后经过挤出机熔融挤出，之后冷却压片，将片材粉碎、过筛，得到该适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料；该适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料的主要原料为聚酯树脂、环氧树脂，向其中加入低温高效固化剂后能够降低其固化温度，实现低温固化的目的，使得粉末涂料在低温下即可固化，节约能源和时间，向其中加入改性二氧化钛，改性二氧化钛为二氧化钛改性而成，具有二氧化钛良好的紫外光屏蔽性能，经过改性后使其分散性大幅度提升，能够使其均匀分散于粉末涂料中，进而使得粉末涂料具有优异的耐候性和抗紫外线性能，可在户外环境下长期使用，该粉末涂料具有良好的附着力、耐腐蚀性能和耐磨性能，能够保护基材不受损害，该制备方法简单、成本低廉，适用于大规模生产；

36、在制备该适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料的过程中首先制备了一种低温高效固化剂，首先利用2-甲基咪唑、丙烯腈反应，引入氰基，得到中间体1，之后中间体1上的氰基在氢气的作用下还原成氨基，得到中间体2，之后六亚甲基二异氰酸酯上的一个异氰酸酯基与季戊四醇上的羟基反应，得到大量异氰酸酯基的中间体3，之后中间体3上的一个异氰酸酯基与2-二羟甲基丙酸上的羟基反应，进一步的引入异氰酸酯基，得到中间体4，最终通过中间体2将中间体4反应，将异氰酸酯基进行封端，得到低温高效固化剂；该低温高效固化剂在粉末涂料进行固化时，异氰酸酯基进行解封，重新生成中间体2与中间体4，中间体4上的异氰酸酯基和羧基能够与环氧树脂反应，而且随着异氰酸酯基的数量增多反应活性增强，使其能够在低温条件下进行固化，而且中间体2上含有氨基以及咪唑基团，也能够与环氧树脂反应，对中间体4的固化作用进行促进，所以，低温高效固化剂的低温固化效果好，效率高，能够促进能源和时间的节约；

37、在制备该适用于户外的低温固化超耐候型粉末涂料的过程中还制备了一种改性二氧化钛，利用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷对二氧化钛进行改性，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷上的硅氧烷水解形成硅醇能够与二氧化钛表面的羟基脱水缩合，接枝在二氧化钛的表面并在其表面形成有机物膜，提高了二氧化钛与聚酯树脂、环氧树脂的相容性，使其在粉末涂料中能够均匀分布，对粉末涂料的力学性能以及抗紫外线性能进行增强，而且改性二氧化钛的表面上含有环氧基，能够与低温高效固化剂进行反应，使其以化学键的形式进行结合，进一步的提升其力学性能。