户外粉末涂料用聚酯树脂的制备与性能研究

涂料技术 COATINGS TECHNOLOGY
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陈闯，等：户外粉末涂料用聚酯树脂的制备与性能研究
原材料名称 新戊二醇 对苯二甲酸 间苯二甲酸 己二酸 三羟甲基丙烷 酸解剂 催化剂 抗氧剂
表 1 聚酯树脂基本配方
w/kg 12~18 20~25 2~5 0.5~2 0.1~0.5 2~5 0.03~0.05 0.1~0.5
在现有的技术条件下单纯解决粉末涂料涂层的耐 候性能或机械性能都不成问题。顾宇昕等[2]对影响粉末 涂料耐候性能等因素做了系统地研究，陈龙才等[3]对影 响聚酯冲击性能的因素作了研究。然而，要同时兼顾粉 末涂料的耐候性能及机械性能目前还存在较大的难度， 主要受制于合成聚酯树脂单体的限制，至今还没有一种 同时具有较好柔顺性、较好耐候性能和成本合适的单
1 实验部分
1.1 原材料
精对苯二甲酸（PTA），间苯二甲酸（IPA），己二酸 (ADA)，三羟甲基丙烷（TMP），新戊二醇（NPG），异氰 尿酸三缩水甘油酯（TGIC），单丁基氧化锡，酸解剂（甲 苯二甲酸），抗氧剂 245、626，钛白粉，硫酸钡，流平剂，安 息香，均为工业品。
1.2 聚酯树脂配方
0.12
0.09
0.06 0.03 0.00
a b
225 250 275 300 325 350 375 400 波 波长长//nnmm
a：IPA 含量 10%；b：IPA 含量 25%
图 3 不同 IPA 含量聚酯树脂样品的紫外光谱测试结果
85.0 50.0
82.5
47.5 80.0
77.5
45.0
体。因此，协调解决粉末涂料耐候性能及机械性能已成 为聚酯树脂改进的重要方向之一。
由于异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）固化剂存在潜 在的致癌风险，因此已逐渐被限制使用。为此，国内企 业陆续展开了低酸值聚酯树脂的研制，以降低 TGIC 的 用量。本文通过研究不同单体对聚酯树脂耐候和耐冲 击 性 能 的 影 响 ，优 化 了 聚 酯 树 脂 合 成 配 方 ，制 备 出 了 94/6 型低酸值聚酯树脂。用该树脂制备粉末涂料时， 配套固化剂 TGIC 的使用量低，减少了排放，所制备的 涂层具有优异的耐候性和耐冲击性能。
第 36 卷第 2 期 2015 年 2 月
涂料技术与文摘
COATINGS TECHNOLOGY & ABSTRACTS
Vol.36 No.2 Feb.2015
户外粉末涂料用聚酯树脂的制备与性能研究
Study on Preparation and Performance of Polyester Resin for Outdoor Powder Coatings
1.3 聚酯树脂的合成工艺
为获得具有优异性能的聚酯树脂品种，试验选用两 步法合成工艺。所谓两步法，是相对于一步法而言的。 一步法就是将所有的原材料一次全部投入反应釜中进 行酯化缩聚反应。其优点是合成反应时间短，操作简 便，缺点是产品颜色不易控制，树脂的相对分子质量分 布较宽。而两步法则将树脂合成工艺设计成两步：第一 步醇过量，先合成一定相对分子质量的化合物；第二步 再加入酸类物质进行封端和调整相对分子质量，最终得 到合适酸值的聚酯树脂。此方法的优点是相对分子质 量分布均匀，颜色容易控制，制备的涂料性能优异，缺点 是操作稍微复杂，合成时间长。具体步骤如下：
表 2 粉末涂料基本配方
原料
w/g
聚酯树脂
400
TGIC
25.6
钛白粉
160
硫酸钡
120
流平剂
4.8
安息香
2.4
UV-Vis：采用北京普析通用仪器有限责任公司的 TU-1901 型双光束紫外可见分光光度计分析样品的紫 外吸收性能。
耐候性能测试：采用美国 Q-Lab 公司 QUV/Spray 型号人工老化箱进行耐候性能测试。循环条件：UVB 60 ℃×4 h光照；50 ℃×4 h冷凝。辐照度：0.71 W/m2。
（2）水性涂料大多采用高压无气喷涂，压力比在 45∶1 以上就可以满足要求，密封环需要采用聚四氟乙 烯材质。之前采用牛皮密封环，受水浸泡后容易发涨， 阻碍活塞工作，导致无法喷涂。JPT 4532 高压无气喷 涂机采用机械换向，聚四氟乙烯材质的密封环排量大、 压 力 比 适 中 ，适 合 水 性 涂 料 的 喷 涂 ，实 际 生 产 中 效 果 良好。
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齐卫明，等：水性涂料在铁路货车涂装中的应用
水性面漆可以加热干燥也可以自然干燥。加热干 燥时在 40～60 ℃下烘干，干燥时间＞40 min；自然干 燥在 10 ℃条件下需要 2 h。
4.2 水性涂料施工中需要重点关注的问题
（1）一般水性涂料的贮存期较短，大多在半年左 右，所以要小批量、多批次采购，最好保证存储期不超过 3 个月。
4.3 漆病及解决措施
对底漆表面拉毛处理，使之具有一定的粗糙度，利于面 漆涂装。
（3）坠裂：厚涂时，当湿膜厚度超过 120 μm 时，易 发生坠裂现象。
解决措施：采用多次喷涂的方式，达到规定要求，每 次喷涂时间间隔不得＜5 min，每次喷涂膜厚控制在 30～40 μm（干膜）。
（4）漆膜脱落：底材清理不干净、涂料超保质期使 用都容易导致水性漆大面积脱落。
2.2 IPA 用量对粉末涂层耐候性及耐冲击性能 的影响
90 50
80 45
70 40
60
35
50
30
5
10
15
20
25
wI（PIAP用A）量/%/%
图 2 IPA 用量对聚酯树脂耐候性及耐冲击性能的影响
图 2 为不同 IPA 含量对聚酯树脂耐候性能及耐冲 击性能的影响关系图（冲击均为反冲结果，下同）。从图 中可以看出，随着 IPA 用量的增大，聚酯涂层的耐候性 能上升，耐冲击性能呈现下降趋势。
0 引言
近年来，随着人们环保意识的提高，发展环保型涂 料越来越受到公众的重视。粉末涂料的 VOC 排放几乎 为 零 ，对 环 境 的 污 染 大 大 降 低 ，是 理 想 的 环 保 型 涂 料 之一。
涂层在户外环境中受到紫外线照射及水、酸雨、氧 气等作用，会不断老化降解，大付降低使用寿命。此外， 由于受到碰撞等外界因素的影响，涂层也会产生裂纹等 机械损害，影响其使用寿命[1]。因此，延长粉末涂层的耐 候性及机械性能对于节能减排、提高材料使用寿命都有 十分重要的意义。而聚酯树脂作为粉末涂料的重要组 成部分，是优化粉末涂料耐候性能和机械性能的关键。
（5）水性涂料保质期通常为 6 个月，在使用中发现 超过保质期 3 个月的水性涂料很容易发生质量不稳定 现象，所以必须使用在保质期内的涂料。
解决措施：加强底材清理质量，加快涂料的运输周 转，尽可能使用新近生产的产品批次。
5 结语
（1）龟裂：主要发生在水性涂料与溶剂型涂料配套 涂装的情况下，后期施工的水性漆涂层中如溶有溶剂型 涂料，就容易发生龟裂现象。
吸光度 A
保光率/% 保 光率/% 冲击冲 (击(反反冲)冲/c)m/cm
聚酯涂层在户外使用过程中的老化降解主要与紫 外线照射有关。图 3 为不同 IPA 用量所得聚酯树脂的 紫外光谱图。从图中可知，当 IPA 用量增加时，聚酯树 脂的紫外吸收强度减弱，从而减少了聚合物的降解，提 高了耐候性能。但由于 IPA 是非对称结构，因此由其合 成的树脂的力学性能较差，在外力作用下较容易引起分 子链的断裂，从而导致其耐冲击性能下降[4]。
陈闯 1，2，李勇 1，2，刘亮 1，2，何涛 1，2，曾定 1，2 （1. 中国电器科学研究院，广州 510300；2. 广州擎天材料科技有限公司，广州 510300）
摘 要 ：采用两步法合成了户外耐候粉末涂料用聚酯树脂，并用 FT-IR、UV-Uis 进行了表征。 研究了间苯二甲酸（IPA）、三羟甲基丙烷（TMP）、己二酸(ADA)用量对聚酯树脂耐候和耐冲击性 能的影响。结果表明：随着 IPA 用量的增大，聚酯树脂的耐候性能提高，耐冲击性能下降；随着 TMP 用量的增大，聚酯树脂的耐候性能提高，耐冲击性能先提高后下降；随着 ADA 用量的增大， 聚酯树脂的耐候性能下降，耐冲击性能提高。优化配方合成的聚酯树脂保光率达 90%（240 h， UVB 灯老化），耐冲击性能优异。 关 键 词 ：粉末涂料；聚酯树脂；耐候性；机械性能 中 图 分 类 号 ：TQ637.82 文献标识码：A 文章编号：1672-2418(2015) 02-0007-04
2.4 ADA 用量对粉末涂层耐候性及耐冲击性 能的影响
图 5 。从图中可以看出，随着 ADA 用量的增大， 聚酯树脂的耐冲击性能得到提高。ADA 是脂肪族二元 酸，它的加入提高了聚酯高分子链的柔顺性，由此提高 了其耐冲击的性能。由于 ADA 单体中所含的β氢原子
波 数/cm-1 图 1 聚酯树脂样品的红外光谱图
从图 1 可以看出，3 276 cm-1附近较宽而散的吸收 峰为羧基的—OH 吸收峰；2 963 cm-1 附近为烷烃的
C—H 特征键吸收峰；1 713 cm-1附近为酯基的 C=O 键
特征吸收峰；1 266 cm-1附近的为酯基的 C—O 键的特 征吸收峰；在1 600 cm-1、1 585cm-1、1 500 cm-1、1 450 cm-1 处为苯环特征吸收峰；在 1 675 cm-1～1 640 cm-1没有
冲击性能测试：参照 GB/T 1732—1993 漆膜耐冲 击测定法测定。
2 结果与讨论
2.1 聚酯树脂的红外分析结果
FT-IR 谱图如图 1。
透过率/%
3276.52
732.68
982.68 1097.89 1266.57
1463.10
1713.10
2963.86
100 80 60 40 20 0 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500