一种具有抗碎石冲击性能的粉末涂料及其制备方法和应用与流程

2021-02-02 15:02:19|

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本发明属于粉末涂料技术领域，尤其涉及一种具有抗碎石冲击性能的粉末涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

随着人们对汽车外观与性能的要求越来越高，汽车铝轮毂涂装对于涂层抗碎石冲击性能要求也越来越高。因铝轮毂使用过程中经常受到飞石、砂砾等物质冲击，容易对铝轮毂涂层造成破坏。另外考虑到铝轮毂使用环境可达到-20℃，为了防止铝轮毂在使用过程中涂层被损坏，要求铝轮毂底粉在常温和低温下都具有良好的抗碎石冲击性能。

然而，现有铝轮毂底粉粉末涂料均没有考虑低温下的抗碎石冲击性能，如专利cn201510529184.5“一种适合平衡块黏结的汽车铝轮毂粉末涂料”发明一种高平衡块黏贴力的汽车铝轮毂底粉粉末涂料，专利cn201811203897.2“一种汽车配件用低温固化高流平低光粉末涂料及其制备方法”发明一种低温固化汽车配件用高流平低温固化粉末涂料，专利cn201410654730.3“一种低温固化的汽车铝轮毂专用底粉粉末涂料及其制备方法”开发一种低温碎石冲击性能极佳的汽车铝轮毂底粉粉末涂料，专利cn201210376434.2“一种中高档汽车铝轮毂专用底粉涂料及其制备方法”开发一种高档汽车铝轮毂专用底粉粉末涂料，虽然这些粉末涂料具有低温固化性能，但是并未显示出低温抗碎石冲击性质。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的是提供一种具有抗碎石冲击性能的粉末涂料，该粉末涂料在-20℃的条件下具有极佳的抗低温碎石冲击性能，并且保证涂层具有较高的流平性能、透气性能和盐雾腐蚀性能。

本发明的第二个目的是提供所述具有抗碎石冲击性能的粉末涂料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供所述具有抗碎石冲击性能的粉末涂料的应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种具有抗碎石冲击性能的粉末涂料，包括如下制备原料：环氧树脂、聚酯树脂、改性聚甲基丙烯酸甲酯(改性pmma)、填料、聚乙烯醇缩丁醛、助剂；所述聚酯树脂的玻璃化转变温度tg为50～55℃，所述环氧树脂的玻璃化转变温度tg为42～46℃，所述改性pmma为经硅烷偶联剂改性的pmma，所述改性pmma的粒径为0.5～26μm。

本发明选用具有低玻璃化转变温度的聚酯树脂与环氧树脂进行反应，使涂层在低温时具有较佳的抗碎石冲击性能；加入一定粒径的改性pmma提高了粉末涂料在低温下的韧性，结合聚乙烯醇缩丁醛增加低温下的塑性，进一步提高涂层在低温下的抗碎石冲击性能。

所述聚酯树脂为端羧基聚酯树脂，所述端羧基聚酯树脂的酸值为38～75mgkoh/g，软化点为80～102℃。

所述环氧树脂的环氧当量为500～650g/eq，优选550～600g/eq，软化点为82～92℃。

所述助剂包括流平剂、透气蜡和苯偶姻。

所述具有抗碎石冲击性能的粉末涂料，包括如下质量份的制备原料：

所述聚酯树脂和环氧树脂之间的质量比优选为30:70～50:50。

所述聚酯树脂包括如下质量份的制备原料：

所述的芳香多元酸选自对苯二甲酸或间苯二甲酸或两者的混合物。

所述的脂肪多元酸选自癸二酸、壬二酸、富马酸、1,4-环己烷二甲酸、马来酸酐、和己二酸中的至少一种。

所述的支化剂选自三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷或季戊四醇中的至少一种。

所述的多元醇选自乙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,3-丙二醇、二甘醇、1,6-丙二醇、1,6-乙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,4-环己烷二甲醇中至少一种。

所述的酯化催化剂选自单丁基氧化锡或二丁基氧化锡等有机锡类化合物。

所述的酸解剂选自对苯二甲酸、间苯二甲酸、已二酸、癸二酸、偏苯三酸苷、均苯四酸酐、富马酸苷和马来酸酐中的至少一种。

所述流平剂选自丙烯酸酯流平剂、氨基改性聚酯流平剂、改性聚硅氧烷型流平剂中的一种或者几种。

所述填料选自硫酸钡、硅微粉、滑石粉中的一种或者几种。

所述透气蜡选自pe蜡、ebs蜡中的一种或者两种。

一种具有抗碎石冲击性能的粉末涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将制备原料混合、破碎得到混合预混料；

(2)将混合预混物料送入双螺杆挤出机中挤出；

(3)对挤出后的物料进行冷却、粉碎、筛分。

步骤(1)中，制备原料混合、破碎的时间为1～15min，优选5～15min，更优选5～10min。

步骤(2)中，双螺杆挤出机的挤出温度为：一区为80～100℃，优选85～95℃；二区为80～120℃，优选95～115℃。

步骤(3)中，粉碎、筛分后的粉体粒径为1～100μm，优选1～80μm，更优选25～60μm，粉体粒径是指粉体的等效粒径d50。

制备原料中，所述聚酯树脂的制备方法包括如下步骤：

1)将多元醇、支化剂和水加热至熔化；

2)加入芳香多元酸、脂肪多元酸和酯化催化剂，进行缩聚反应；

3)加入酸解剂进行酸解反应，得到聚酯树脂。

步骤2)中，所述缩聚反应过程为：将反应混合物加热至240～260℃，至酸值达到15～30mgkoh/g，然后第一次抽真空进行缩聚反应，至反应产物酸值达5～16mgkoh/g，软化点达100～105℃和200℃，熔体粘度达3300～4200mpa.s时停止反应。

步骤3)中，所述酸解反应过程为：加入酸解剂至酸值达到40～90mgkoh/g，第二次抽真空进行酸解反应，至反应产物的酸值为38～75mgkoh/g，羟值小于12mgkoh/g时停止反应。

制备原料中，所述改性pmma的制备方法为：将pmma分散于溶剂中，加入硅烷偶联剂，反应得到改性pmma。

所述反应温度为5～10℃，优选10℃。

所述pmma粒径为0.5～26μm。

所述硅烷偶联剂选自kh-550、kh-560、kh-570中的至少一种。

所述溶剂选自异丙醇、正已烷、丁醇中的一种或者几种。

本发明所提供的具有抗碎石冲击性能的粉末涂料的应用为，所述具有抗碎石冲击性能的粉末涂料在制备汽车铝轮毂中的应用。

更具体地，本发明提供所述具有抗碎石冲击性能的粉末涂料在制作汽车铝轮毂保护涂层中的应用。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的粉末涂料在-20℃的条件下具有极佳的抗低温碎石冲击性能，并且保证涂层具有较高的流平性能、透气性能和盐雾腐蚀性能。

(2)本发明的制备工艺简单，成本低。

具体实施方式

以下结合具体的实施例进一步说明本发明的技术方案，有必要在此指出的是以下具体实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明做出的一些非本质的调整和修改仍属于本发明的保护范围。

除非另外说明，所有的工艺和所有的实施例都在标准实验室条件下进行。

本文所列的范围都包括端值且可以相互组合。

在本文中，术语“粉末涂料”表示粉末涂料组合物，术语“粉末涂层”表示由粉末涂料组合物形成的涂层。

实施例1

本实施例提供一种具有抗碎石冲击性能的粉末涂料，其制备原料及用量见表1。

所述粉末涂料的制备方法包括如下步骤：

(1)按配比称取聚酯树脂、环氧树脂和丙烯酸酯流平剂、改性pmma、硫酸钡、聚乙烯醇缩丁醛、pe蜡、苯偶姻，置于混料缸，充分混合并破碎，得到混合预混物料；

(2)混合预混物料送入双螺杆挤出机中挤出；

(3)挤出后的物料经压片机压片、冷却、粉碎、筛分后包装即可。

所述步骤(1)中各组分混合并破碎的时间为8min。

所述步骤(2)中的选用jfy-30型履带式双螺杆挤出机，挤出温度一区为80～90℃，二区为95～115℃。

所述步骤(3)中的挤出物经粉碎机粉碎并筛分后的粉体粒径为35～50μm，粉体粒径是指粉体的等效粒径d50。

其中，粉末涂料的各原料性质和/或原料的制备方法如下：

(1)环氧树脂

所述环氧树脂采用南亚902，环氧当量550～600g/ep，玻璃化转变温度tg42～46℃，软化点82～92℃。

(2)聚酯树脂

所述聚酯树脂为端羧基聚酯树脂，所述端羧基聚酯树脂的酸值：38～75mgkoh/g，玻璃化转变温度tg：50～55℃，软化点：80～102℃。

所述端羧基聚酯树脂的制备原料及用量见表2。

所述聚酯树脂的制备方法包括如下步骤：

1)按配比取多元醇、支化剂和水加入反应釜中加热至熔化；

2)按配比依次加入芳香多元酸、脂肪多元酸和酯化催化剂，通入氮气继续升温至170℃；

3)温度由170℃加热到240℃，至酸值达到15～30mgkoh/g，第一次抽真空进行缩聚反应，酸值达5～16mgkoh/g、软化点100～105℃和200℃熔体粘度3300～4200mpa.s时，加入酸解剂进行酸解反应，酸值达到40～90mgkoh/g时，第二次抽真空继续进行酸解反应，至反应产物的酸值为38～75mgkoh/g，羟值小于12mgkoh/g时停止反应，得到抗低温碎石性能佳的聚酯树脂。该抗低温碎石性能聚酯树脂的酸值在38～75mgkoh/g，玻璃化转变温度tg：50～55℃，软化点：80～102℃。

(3)改性pmma

本实施例的改性pmma为kh-550硅烷偶联剂改性的微米级pmma增韧剂，粒径为0.5～5μm，其制备方法为：

将pmma用粉碎机破碎至微米级(0.5～5μm)，称取1份微米级pmma，加入20份的异丙醇，在采用超声仪10℃下超声20min，得到均匀悬浮液，再加入0.03份kh-550硅烷偶联剂，超声3min，然后在10℃恒温搅拌3min，然后离心分离，得到改性的kh-550改性的微米级pmma增韧剂。

实施例2

本实施例提供一种具有抗碎石冲击性能的粉末涂料，其制备原料见表1。所述粉末涂料的制备方法包括如下步骤：

(1)按配比称取聚酯树脂、环氧树脂和丙烯酸酯流平剂、改性pmma增、硫酸钡、聚乙烯醇缩丁醛、pe蜡、苯偶姻，置于混料缸，充分混合并破碎，得到混合预混物料；

(2)混合预混物料送入双螺杆挤出机中挤出；

(3)挤出后的物料经压片机压片、冷却、粉碎、筛分后包装即可。

所述步骤(1)中各组分混合并破碎的时间为10min。

所述步骤(1)中的选用jfy-30型履带式双螺杆挤出机，挤出温度一区为85～95℃，二区为95～115℃。

所述步骤(1)中的挤出物经粉碎机粉碎并筛分后的粉体粒径为25～35μm，粉体粒径是指粉体的等效粒径d50。

粉末涂料的原料性质和/或原料的制备方法如下：

(1)本实施例的环氧树脂与实施例1相同。

(2)所述聚酯树脂为端羧基聚酯树脂，所述端羧基聚酯树脂的酸值：38～75mgkoh/g，玻璃化转变温度tg：50～55℃，软化点：80～102℃。

所述端羧基聚酯树脂的制备原料见表2。所述端羧基聚酯树脂的制备方法包括如下步骤：

1)按配比取多元醇、支化剂和水加入反应釜中加热至熔化；

2)按配比依次加入芳香多元酸、脂肪多元酸和酯化催化剂，通入氮气继续升温至170℃；

(3)所述改性pmma为kh-550硅烷偶联剂改性的微米级pmma增韧剂，粒径为5～8μm，其制备方法为：

将pmma用粉碎机破碎至微米级(5～8μm)，称取1份微米级pmma，加入20份的异丙醇，在采用超声仪10℃下超声25min，得到均匀悬浮液，再加入0.07份的偶联剂，超声3min,然后在10℃恒温搅拌4min，然后离心分离，得到改性的微米级pmma增韧剂。

实施例3

本实施例提供一种具有抗碎石冲击性能的粉末涂料，其制备原料见表1。所述粉末涂料的制备方法包括如下步骤：

(2)混合预混物料送入双螺杆挤出机中挤出；

(3)挤出后的物料经压片机压片、冷却、粉碎、筛分后包装即可。

所述步骤(1)中各组分混合并破碎的时间为12min。

所述步骤(2)中的选用jfy-30型履带式双螺杆挤出机，挤出温度一区为85～95℃，二区为95～115℃。

所述步骤(3)中的挤出物经粉碎机粉碎并筛分后的粉体粒径为35～45μm，粉体粒径是指粉体的等效粒径d50。

粉末涂料的原料性质和/或原料的制备方法如下：

(1)本实施例的环氧树脂与实施例1相同。

(2)所述聚酯树脂为端羧基聚酯树脂，所述端羧基聚酯树脂的酸值：38～75mgkoh/g，玻璃化转变温度tg：50～55℃，软化点：80～102℃。

所述端羧基聚酯树脂的制备原料见表2。所述端羧基聚酯树脂的制备方法包括如下步骤：

1)按配比取多元醇、支化剂和水加入反应釜中加热至熔化；

2)按配比依次加入芳香多元酸、脂肪多元酸和酯化催化剂，通入氮气继续升温至170℃；

(3)所述改性pmma为kh-550硅烷偶联剂改性的微米级pmma增韧剂，粒径为6～12μm，其制备方法为：

将pmma用粉碎机破碎至微米级(6～12μm)，称取1份微米级pmma，加入20份的异丙醇，在采用超声仪10℃下超声20min，得到均匀悬浮液，再加入0.04份的偶联剂，超声5min,然后在10℃恒温搅拌5min，然后离心分离，得到改性的微米级pmma增韧剂。

实施例4

本实施例提供一种具有抗碎石冲击性能的粉末涂料，其制备原料见表1。所述粉末涂料的制备方法包括如下步骤：

(2)混合预混物料送入双螺杆挤出机中挤出；

(3)挤出后的物料经压片机压片、冷却、粉碎、筛分后包装即可。

所述步骤(1)中各组分混合并破碎的时间为7min。

所述步骤(2)中的选用jfy-30型履带式双螺杆挤出机，挤出温度一区为85～95℃，二区为95～115℃。

所述步骤(3)中的挤出物经粉碎机粉碎并筛分后的粉体粒径为35～45μm，粉体粒径是指粉体的等效粒径d50。

粉末涂料的原料性质和/或原料的制备方法如下：

(1)本实施例的环氧树脂与实施例1相同。

(2)所述聚酯树脂为端羧基聚酯树脂，所述端羧基聚酯树脂的酸值：38～75mgkoh/g，玻璃化转变温度tg：50～55℃，软化点：80～102℃。

所述端羧基聚酯树脂的制备原料见表2。所述端羧基聚酯树脂的制备方法包括如下步骤：

1)按配比取多元醇、支化剂和水加入反应釜中加热至熔化；

2)按配比依次加入芳香多元酸、脂肪多元酸和酯化催化剂，通入氮气继续升温至170℃；

(3)所述改性pmma为kh-550硅烷偶联剂改性的微米级pmma增韧剂，粒径为12～18μm，其制备方法为：

将pmma用粉碎机破碎至微米级(12～18μm)，称取1份微米级pmma，加入20份的异丙醇，在采用超声仪10℃下超声26min，得到均匀悬浮液，再加入0.05份的偶联剂，超声4.5min,然后在10℃恒温搅拌4.5min，然后离心分离，得到改性的微米级pmma增韧剂。

实施例5

本实施例提供一种具有抗碎石冲击性能的粉末涂料，其制备原料见表1。所述粉末涂料的制备方法包括如下步骤：

(2)混合预混物料送入双螺杆挤出机中挤出；

(3)挤出后的物料经压片机压片、冷却、粉碎、筛分后包装即可。

所述步骤(1)中各组分混合并破碎的时间为9min。

所述步骤(2)中的选用jfy-30型履带式双螺杆挤出机，挤出温度一区为85～95℃，二区为95～115℃。

所述步骤(3)中的挤出物经粉碎机粉碎并筛分后的粉体粒径为30～40μm，粉体粒径是指粉体的等效粒径d50。

粉末涂料的原料性质和/或原料的制备方法如下：

(1)本实施例的环氧树脂与实施例1相同。

(2)所述聚酯树脂为端羧基聚酯树脂，所述端羧基聚酯树脂的酸值：38～75mgkoh/g，玻璃化转变温度tg：50～55℃，软化点：80～102℃。

所述端羧基聚酯树脂的制备原料见表2。所述端羧基聚酯树脂的制备方法包括如下步骤：

1)按配比取多元醇、支化剂和水加入反应釜中加热至熔化；

2)按配比依次加入芳香多元酸、脂肪多元酸和酯化催化剂，通入氮气继续升温至170℃；

(3)所述改性pmma为kh-550硅烷偶联剂改性的微米级pmma增韧剂，粒径为19～26μm，其制备方法为：

将pmma用粉碎机破碎至微米级(19～26μm)，称取1份微米级pmma，加入20份的异丙醇，在采用超声仪10℃下超声27min，得到均匀悬浮液，再加入0.06份的偶联剂，超声5min,然后在10℃恒温搅拌5min，然后离心分离，得到改性的微米级pmma增韧剂。

表1.粉末涂料的制备原料及其重量份

表2.聚酯树脂制备原料及其重量份

对比例1

本对比例提供一种粉末涂料，与实施例1的唯一不同之处在于：将聚酯树脂替换成具有较高玻璃化转变温度(tg56～65℃)的端羧基聚酯树脂。

对比例2

本对比例提供一种粉末涂料，与实施例1的唯一不同之处在于：将环氧树脂替换成具有较高玻璃化转变温度(tg48～55℃)的环氧树脂。

对比例3

本对比例提供一种粉末涂料，与实施例1的唯一不同之处在于：粉末涂料的制备原料中没有改性pmma。

对比例4

本对比例提供一种粉末涂料，与实施例1的唯一不同之处在于：将粉末涂料制备原料中的改性pmma替换成没有改性的pmma。

对比例5

本对比例提供一种粉末涂料，与实施例1的唯一不同之处在于：增大改性pmma粒径，具体为100μm～1mm。

对比例6

本对比例提供一种粉末涂料，与实施例1的唯一不同之处在于：粉末涂料的制备原料中没有聚乙烯醇缩丁酯。

对实施例1～5和对比例1～6的粉末涂料进行测试，结果如表3、4所示：

表3.实施例1～5粉末涂料性能测试结果

表4.对比例1～6粉末涂料性能测试结果(测试标准或方法同实施例1～5)

测试结果反映，本发明的粉末涂料在-20℃低温下碎石冲击试验可达到1级和2级，具有优异的低温抗碎石冲击性能，同时可通过1000h耐盐雾试验，具有很好的耐盐雾性能。相比之下，提高聚酯树脂或环氧树脂的玻璃化转变温度后，或者没有加入增韧剂，或采用未经改性的pmma，或者改性pmma粒径过大的作为增韧剂，或省去聚乙烯醇缩丁酯所制备得到的粉末涂料虽然也具有良好的耐盐雾性能，但是在低温下的碎石冲击试验等级却高至2.5～4级，难以在低温下抵抗碎石冲击。

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