[发明专利]一种粉末涂料固化剂及所使用的长碳链聚酐制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末涂料固化剂技术领域，特别提供一种以烷烃或脂肪酸为出发原料通过生物转化和化学聚合制备得到的高品质长碳链二元酸聚酐固化剂产品。该产品是一种粉末涂料的新型固化剂。本发明同时提供了该长碳链二元酸聚酐固化剂的制备工艺，该工艺由烷烃或者脂肪酸出发，以生物发酵的方法生产长碳链二元酸，经过特别的提纯工艺后，在催化剂的作用下脱水生成聚酐。

背景技术

热固性粉末涂料是一种溶剂排出量非常少或没有的环保型涂料。在欧洲和美国，因为对voc(volatile organic compound，挥发性有机化合物)要求越来越严格的情况下，粉末涂料的市场正在稳步增长。

碳原子数在九到十八的长碳链二元酸或其酸酐，是环氧类粉末涂料和丙烯酸类粉末涂料常用的固化剂。

长碳链二元酸酐用作固化剂的一类涂料是环氧类粉末涂料。环氧类涂料是粉末涂料中品种最多，应用最广的涂料品种，一般用胺类，酸类或酸酐类固化剂进行固化。在专利US665291，US 6448345，EP 0299420中均指出，用长碳链二元酸酐作为环氧涂料的固化剂，会极大的提高环氧类粉末涂料的柔韧性，抗开裂性能，使涂膜具有优良的机械和抗老化性能。

长碳链二元酸酐用作固化剂的另一类涂料是丙烯酸类粉末涂料。丙烯酸粉末涂料是一类高档的耐候性粉末涂料。常见的丙烯酸粉末涂料固化剂有多元羧酸或其酸酐、多元胺、多元酚、多元羟基化合物等。但从涂膜的综合性能来看，脂肪族二元羧酸和其酸酐是最好的固化剂，是丙烯酸类粉末涂料的主流。

长碳链二元酸本身熔点较高，用作丙烯酸类粉末涂料的固化剂时，需要较高的固化温度。这对丙烯酸类粉末涂料的应用造成限制。为了改进长碳链二元酸固化剂的性能，人们开发了长碳链二元酸聚酐用作丙烯酸类粉末涂料的固化剂。

正如中国专利CN1456616中公开的热固性粉末涂料组合物及其涂膜制造方法和涂膜中指出，与长碳链二元酸相比，长碳链二元酸聚酐具有较低的熔点，较高的反应活性。因此，基于长碳链聚酐的粉末涂料，具有较薄的涂膜厚度，突出的柔韧性能、抗划伤性能和低温固化性能。而这些性能均被认为是近期汽车涂料研究的焦点。

因为长碳链聚酐多用在高档的环氧类或丙烯酸类粉末涂料中，所以对长碳链聚酐的品质，特别是它的灰份、色泽和耐黄变性能，有很高的要求。如果长碳链二元酸聚酐的灰份高，将会使粉末涂料涂膜的外观性能恶化，可见杂质增多，同时，对涂膜的长期耐黄变性能和老化性能也将产生影响。如果长碳链聚酐产品的颜色发黄，耐黄变性能差，将对粉末涂料涂膜的外观、光泽度和长期耐候性产生较大影响，进而限制了聚酐在高档粉末涂料当中的应用。根据相关文献和工业实践，聚酐的灰份保持在100ppm以下，颜色小于2(Gardner色度)是比较合适的指标。

长碳链二元酸聚酐的灰份、颜色或耐黄变性能差，与聚酐中易氧化杂质含量和生产工艺有很大关系。但是因以前聚酐的工业生产规模小，因此对聚酐生产工艺和成品质量研究的很少，几乎没有这方面文献和报道。

长碳链二元酸聚酐颜色黄变的来源主要有两个，一方面是原料二元酸中含有的有色物质或容易氧化杂质；另一个是生产的过程中，聚酐长时间在较高温度下反应，使最终产品的颜色受到影响。

从原料来看，以前的长碳链二元酸聚酐多以化学法生产的十二碳二元酸为原料。但因为化学法的二元酸价格比较高，使聚酐的生产应用受到很大的限制。同时，化学法生产的长碳链二元酸中含有带酮基或硝酸基团的中间体或副产物杂质，而这些物质加热后会对聚酐成品的颜色产生很大的影响。

本发明中以烷烃或脂肪酸为原料，利用生物法将其转化为长碳链二元酸，从而成功的实现了高品质长碳链二元酸聚酐的开发。生物法生产长碳链二元酸具有环保节能，产品质量好的特点，而成本和价格明显比化学法二元酸低，为聚酐的工业化拓展提供了可能。本发明主要涉及以生物法二元酸为原料的长碳链二元酸聚酐的生产。

但现有的市售的生物法长碳链二元酸，产品纯度低，灰份和氮类物质残留量高，不适合长碳链二元酸聚酐的生产，所得到的聚酐产品在灰份、耐黄变性能方面完全达不到高档粉末涂料的要求。

根据相关文献和工业实践，生物法长碳链二元酸中氮含量会对聚酐造成很大的影响。生物发酵生产的长碳链二元酸，受发酵液的影响，一般都会有部分蛋白质及其他含氮类有机物质残留。在生产聚酐的过程中，含氮物质容易氧化而黄变，进而影响成品的颜色。同时，氮含量高的聚酐还会恶化粉末涂料涂膜的长期耐候性和耐黄变性能，进而限制了聚酐作为固化剂在特殊用途粉末涂料方面的应用。