[发明专利]提高粉末涂料耐候性能的纳米复合改性剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末涂料领域。特别涉及一种用于提高粉末涂料耐候性能的纳米复合改性剂及其制备方法。 

背景技术

粉末涂料作为无溶剂涂料，符合国际上流行的“四E”原则(经济、环保、高效、性能卓越)，而受到人们的欢迎。随着对环保要求的日益严格，粉末涂料以其低污染、高装饰性、综合性能好等众多优点而得以很快发展迅速，并正在逐步取代传统的溶剂型涂料。但是，随着粉末涂料市场的不断发展，市场也对其提出了很多新的要求。其中，对于广泛应用于汽车、钢材、建筑等领域的户外用粉末涂料，耐候性是其一项重要的指标，而现有体系的耐候性能还有待进一步提高。同时中国西部地区相对恶劣的高紫外、高寒等气候条件也将需要大量的高性能粉末涂料。 

暴露在户外的粉末涂料会因多种因素的影响而发生老化降解，这些影响因素包括太阳光照射、湿气、污染物质(主要是形成酸雨)、高温和温度的变化。一般认为在大多数情况下，由太阳光照射引起的光致氧化降解是涂层老化失效的主要因素。随着降解过程的进行，老化层出现裂纹，使材料脆化，机械性能会下降，从而缩短其使用寿命。粉末涂料在老化过程中还会出现光泽度下降、黄变、粉化等外观变化，影响其装饰性能。因此，粉末涂料在户外使用时，必须能有效抵抗各种环境因素的老化影响。 

近年来，国内外对提高聚酯型粉末涂料的耐候性有较多研究。一般方法是从粉末涂料的配方组成出发，研究树脂、固化剂、助剂、颜填料等的品种、用量、 颗粒性质等对粉末涂料耐候性的影响。主要通过合成耐候型基体树脂、对树脂进行改性、和添加特殊助剂等技术手段来延长粉末涂料的户外使用寿命。 

欧洲专利EP1647564A1在IPA聚酯树脂合成物中加入少量脂肪族或脂环族二羧酸，以及一种或多种脂肪族多羟基化合物，比如新戊烷基乙二醇和1，4丁二醇，由此制得的粉末涂料涂层表面良好，具有优良的耐候性能。美国专利USP6294619B1使用一种由脂环族成分和多官能团异氰脲酸酯成分反应制得聚酯多羟基化合物，它与含有一种新型多官能团异氰酸酯化合物的固化剂成分组成新型成膜体系，制得的粉末涂料的耐候性和储存稳定性(即防止粉末颗粒在一定温度和湿度环境下的团聚)均大幅度提高。范宏等人(范宏，等.有机硅改性聚酯的合成及其粉末涂料的性能[J].现代化工，2003，23(6)：32-41)利用有机硅中间体合成了有机硅改性聚酯树脂，研究发现改性聚酯中的含硅聚酯在表面富集，大大降低了聚酯树脂的表面张力，提高了粉末涂料的涂膜耐候性。相对于纯聚酯树脂，有机硅质量分数为1％的改性粉末涂料经216h中波紫外线照射后，涂膜的保光率从81％上升到91.3％。但是，通过改变合成物质来获得性能优异的粉末涂料通常工作量较大，且新合成的树脂在提高耐候性的同时，容易发生其它方面性能下降的现象。 

助剂是一大类用量很少，却能改变涂料某种性能的添加剂。粉末涂料中添加的助剂按照其功能不同，可分为流平剂、增光剂(消光剂)和抗老化助剂等。从实际使用中(徐万钧，等.鲜艳色高耐候性粉末涂料的研究[J].涂料工业，2003，33(11)：14-18.)可以看出部分优质的丙烯酸共聚物流平剂对涂层耐候性能有提高作用；另一方面流平剂在均化涂膜表面张力的同时改善了涂膜的附着力，从而增加了涂层抵抗雨林、湿气等破坏作用的能力。然而流平剂加入量过多容易浮到涂膜表面，从而降低涂膜的耐污染性能和涂膜光泽。

由于光氧化降解是户外用粉末涂料老化的主要原因之一，因此可以加入一定的紫外光吸收剂、淬灭剂和自由基捕获剂等来减缓涂层的老化。紫外光吸收剂能有效吸收波长为290-410nm的紫外线，而很少吸收可见光。主要种类包括：邻羟基二苯甲酮类、苯并三唑类、三嗪类等多种有机化合物。淬灭剂通过分子间能量的转移来消散能量，又称能量转移剂。未被遮蔽或吸收的紫外线被高聚物吸收后，使高聚物处于不稳定的“激发态”，淬灭剂能够从受激聚合物分子上将激发能消除，使之回到低能状态，从而防止高聚物进一步分解产生自由基。淬灭剂主要是一些二价的有机镍络合物。受阻胺光稳定剂通过捕获高分子中所生成的活性自由基，从而抑制光氧化过程，达到光稳定的目的。然而这些物质大多属于有机抗老化助剂，有一定毒性，且在涂层老化过程中，由于自身的老化降解，其作用也会逐渐降低，最终失效。