封闭型异氰酸酯在粉末涂料中的应用

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!""#$ "% 现代涂料与涂装
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用己wenku.baidu.com酰胺封闭的异氰酸酯
多年来,用于羟基聚酯和丙烯酸酯树脂固化的异 氰酸酯主要是己内酰胺 ( PQ)封闭的异佛尔酮二异氰 和 RSKR 的异氰脲酸酯 ( 酸酯 ( , 其结 RSKR) RSKR 三聚体) 构如下:
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低污染化发展
与低 !, 的 烷 & ’( ) & 二异氰酸酯 ( 熔点 !’" * !’# + ) 羟基组分搭配, 可避免烧结现象并有较低的固化温度。 在 -. 封闭的 /01/ & 聚酯粉末涂料中,聚酯中过 多的游离羧酸的含量对涂料的性质产生不利的影响, 使固化速度降低, 黄变加速, 耐盐雾性下降。但发现加 入己二酸和苯甲酸能加快固化速度。同时加入环氧化 合物能克服过量— -223 所带来的不利影响。 专利文献中报道 -. 可以封闭各种异氰酸酯来提 氢化 41/)少部分与 高固化速度。 -. 封闭的 3’! 41/( 正丁醇反应, 转化为氨基甲酸酯, 再与氟代 ( 丙 "5 %6 ) 二醇醚反应,制得的交联剂用于羟基丙烯酸的粉末涂 料。由于含有氟碳单元, 减低了熔融黏度, 从而提高了 粉末涂料的流动性, 同时涂料具有极好的户外耐久性。 31/ 或 31/ & /01/ 的混合物用 -. 和二甲基肼半 封闭,与羟端基聚酯配合,可以减低烘烤时失色和黄 变。 -. 封闭的 /01/ 也可用于有机硅改性的聚酯树脂, 涂料有很好的耐高温性。有专利报道,不需要用挤出 方法制造粉末涂料,用表面活性剂将 -. 部分封闭的 三聚 /01/ 和羟基聚酯分散于水中, 并通过研磨和干燥 制得粉末涂料。还可以通过树脂溶液的喷雾干燥方 氨基 法。 如羟基丙烯酸树脂、 -. 部分封闭的三聚 /01/、 树酯和助剂的甲乙酮溶液, 在 ’!" + 下喷雾干燥, 制得 的粉末涂料在 #" + 下 ! 周后未发现结块现象。 物释放、 很好的流动性, 以及可避免后续施工中的管道 堵塞;# & 甲基 & ’ & 苯基吡唑啉酮部分封闭的 31/ 异 氰脲酸酯有较低的固化温度。 #$ % 肟类化合物封闭剂 使用肟类封闭剂主要需解决的问题是化合物的毒 封闭 性和漆膜的黄变。提出过的有: 甲乙酮肟( 4:;2) 的 3’! 41/ 以及 3’! 41/ & 聚酯 & 多元醇的预聚物;环 己酮肟封闭的 3’! 41/; 4:;2 封闭的 31/ 异氰脲酸酯 或其二聚体、 31/ & 940 的预聚物等。例如, 4:;2 封 闭的异氰脲酸酯与甲基丙烯酸羟乙酯的加成物,与其 他丙烯酸单体制得的共聚物可用于粉末涂料;由 4:;2 封闭的 31/ 二聚体、羟基聚酯和丙烯酸树脂组 成的粉末涂料有优异的流动性;甲基异丁基酮肟封闭 异氰酸基甲基) 环己烷制得的粉末涂料, 的 ’( ) & 二 ( 与 -. 封闭的 /01/ 异氰脲酸酯比较,具有更低的固化 温度; 4:;2 封闭的间 & 四甲基二甲苯二异氰酸酯 ( 与 940 & 聚酯多元醇等。由于有空间阻碍的 9481/) 肟类具有较低的脱封闭温度,因此研究支化肟作为封 闭剂, 如 !( ) & 二甲基 & # & 戊酮肟和 !( < & 二甲基 & ) & 庚酮肟封闭的 9481/ 用于粉末涂料; 4:;2 封闭 的 9481/ & 940 预聚物 = 聚酯多元醇配方等。 #$ # 自交联型树脂粉末涂料 4:;2 封闭的 31/ & 甲基丙烯酸羟乙酯单体与其 他丙烯酸 ( 含甲基丙烯酸羟乙酯) 共聚, 可以得到自交 联的树脂; 用 4:;2 半封闭的 /01/ 与羟基反应, 可以 制得环氧基和羟基丙烯酸树脂自交联粉末涂料树脂, 在配方中加入十二烷基三甲基碘化氨催化剂,可在 ’>% + , !% ?@A 固化。 ’( !( ) & 三唑封闭剂分子结构如下:
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口 了形成聚氨酯网络外,封闭的异氰酸酯与环氧基之间 恶
能形成
唑烷酮基团, 其反应如下:
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粉末涂料中的环二脲结构
异氰酸酯基团 ( —345)在有机膦催化剂存在下, 得 可以发生二聚反应, 然后用对 * 甲苯磺酸甲酯终止, 结构, 如下为 ?(& 的环二脲结构: 到环二脲( 6789:;<=8>) 在双酚 E 环氧 @ 羧基聚酯的粉末涂料配方中,加 入 1"F 的 &’(& 环二脲,能明显提高漆膜的耐化学品 性、抗污性和表面硬度,但由于交联度增加使柔性降 低。 双酚 E * 羧基聚酯与 4B 封闭的 ?(& * 羟基聚酯混 同时可形成相对分子质量较高的齐聚物,环二脲 在受热下断裂, 可重新产生— 345 基团。&’(& 环二脲 与聚醚多元醇可以得到一种“ 自封闭的异氰酸酯” 。以 三正辛基膦作催化剂, 制备 &’(& @ !+ !+ A * 三甲基戊二 醇 * 1+ # 的环二脲预聚物,然后用过氧化丁酮终止并 将有机膦氧化, 这样在下一步精馏回收过量 &’(& 时不 会造成有机膦污染。以三苯基膦为催化剂可以制备浅 色的 )(& 环二脲。 &’(& 环二脲分子上的游离— 345 可以用 4B 封 闭, 得到如下结构: 合的粉末涂料可在相对低的温度下固化。环氧树脂中 还可使用咪唑啉封闭的异氰酸酯、 ! * 苯基咪唑啉封闭 的 &’(&。由六氢环戊基嘧啶封闭的 &’(& 和 ! * 苯基咪 唑啉封闭的 &’(& 或 &’(& * 二乙二醇的预聚物, 以及双 酚 E 环氧树脂组成的粉末涂料,可以用于玻璃瓶的表 面, 提高抗脆裂性。 此外,用羟基聚酯、4B 封闭的异氰脲酸酯和盐酸 氯己二啶配合可以制备抗菌防霉的粉末涂料。
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引言
笔者在文献 H . I # J 中曾介绍了封闭型异氰酸酯化
学及其在水性涂料中的应用。这里基于 K- L45;= 和 M- L45;= 的综述内容,继续介绍封闭型异氰酸酯在粉 末涂料中的应用。在诸多的涂料产品中,粉末涂料是 得到快速发展的产品之一,主要原因是具有很低的 特别是在北美和亚洲很多国家, 封闭 NOP 排放。当前, 型异氰酸酯被广泛用作粉末涂料的交联剂。但在欧洲 使用却比较少,主要原因是欧洲使用的粉末涂料交联 剂异氰脲酸的三缩水甘油酯的毒性, 如解决这个问题, 封闭型异氰酸酯的使用将会增加。 粉末涂料的污染主要是生产过程中的粉尘污染和 固化过程中有毒气体的排放,因此,同样有降低 NOP 的问题。另一个问题是进一步提高粉末涂料的质量, 如提高贮存稳定性、 减少黄变、 改善流动流平性、 降低 烘烤温度以及提高漆膜的性能等。封闭型异氰酸酯及 其预聚物可以设计成各种不同的结构, 能与环氧、 聚酯 和丙烯酸等树脂配成各种性能的粉末涂料,以提高涂 料的施工性能与漆膜性能。 以上结构的差别主要在于多羟基组分。如聚酯 F 聚氨酯粉末涂料中, 利用部分 PQ 封闭的 RSKR, 在催化 剂存在下加热, 可有效地得到封闭的异氰酸酯。 已有专 利报道连续生产粉末涂料用 PQ 封闭的 RSKR 的方法。 除了 RSKR 的单体与三聚体外,还有使用 PQ 封闭 的三羟甲基丙烷 ( 与 RSKR 的加成物、 *TS) RSKR 与季戊 四醇的预聚体、RSKR 与乙二醇的预聚体等。也可以采 用 RSKR 三聚体先与羟基聚酯部分反应,然后剩余的 UPO 基团再用 PQ 封闭,得到的粉末涂料可在较低的 温度下固化。 高熔点的异氰酸酯组分,如 PQ 封闭的反式环己
现代涂料与涂装 !""#$ "%
在粉末涂料中,使用三唑封闭的 /01/,具有较低 的烘烤温度,令人满意的漆膜性能和较少的封闭剂释 放量, 特别适用于聚酯粉末涂料中, 能提供很好的流动 前者 性。 三唑封闭的 3’!41/ 与三唑封闭的 /01/ 比较, 的固化温度要低 !" + , 并且可通过部分封闭的二异氰 酸酯三聚改善粉末涂料的流动性。三唑封闭的 31/ 和 31/ 异氰脲酸酯混合物是固体,可以制成稳定的粉末 涂料,而 4:;2 的封闭物是液体。三唑还用于封闭 31/ 异氰脲酸酯 = /01/ 混合物。 4:;2 与三唑混合封 闭剂封闭 31/ 用于粉末涂料配方,有良好的贮存稳定 性和较低的固化温度。 ’( !( ) & 三唑封闭的程度对异氰酸酯组分的 !, 温 度有影响,如部分封闭的 31/ 异氰脲酸酯的 !, 为 #) 适合做粉末涂料, 而全封闭的为 ’" + ,!, 温度过 +,
低污染化发展
封闭型异氰酸酯在粉末涂料中的应用
童身毅
& 武汉化工学院化工系, ’#""(# ) 摘 要 综述了封闭型异氰酸酯在粉末涂料中的应用,包括封闭剂的类型、预聚物的结构及其对性能的影 响。介绍了封闭型异氰酸酯在制备低光泽粉末涂料和水分散性粉末涂料中的应用。 关键词 分类号 封闭型异氰酸酯 *+,#"- . 粉末涂料 水性粉末涂料
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低污染化发展
低,得到的粉末涂料贮存稳定性不好,不适合用。与 &’(& 或 &’(& 三聚体比较, )(& 得到的漆膜更柔软。杂 环类化合物作封闭剂的还有 ! * 苯基咪唑啉封闭剂、 哌嗪酮、 哌嗪二酮、 喹喔酮等。 #$ % 其他封闭剂 胺类封闭剂有 !+ , * 二甲基哌啶、 二环己基胺、 二 ( #+ %+ % * 三甲基环己基)胺、氮丙啶;丙二酸二乙酯 ( ;十二烷基硫醇和对 * 氯巯基苯酚封闭剂有低 (-.) 的脱封闭温度, 得到的粉末涂料有令人满意的稳定性、 良好的流动性和较低的固化温度。/0 固化粉末涂料, 用乙酰苯酮封闭的异氰酸酯与环氧基树脂配合,可在 1"" 2 , /0 固化。 4B 封闭的连续生产方法。 而 )(& 在催化剂存 &’(& 可以很好地得到环二脲, 在下加热主要得到 )(& 三聚体。 也有提出制备 )(& 环 二脲, 仅含少量异氰脲酸酯的方法。用 &’(& 与 )(& 混 合物为原料制备,可以得到 ! 官能度和 # 官能度的混 合产物, 使固化速度提高, 因含有 )(&, 也使漆膜柔性 增加, 如 )(& @ &’(& 的比例为 D @ 1 进行二聚, 再与 !+ !+ 使用封闭型 A * 三甲基戊二醇 * 1+ # 反应的制备方法。 异氰酸酯固化剂的粉末涂料主要是聚酯型树脂,但也 可用于环氧树脂粉末涂料中。在交联固化过程中,除
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其他挥发性封闭剂
总的看来, -. 封闭的异氰酸酯粉末涂料具有很好 的贮存稳定性、优良的流平性和极佳的涂膜性能。主 要缺点是在高温烘烤时黄变和释放出己内酰胺的有毒 气体。因此, 研究的方向是开发一种封闭剂, 既要保留 其贮存稳定性好、 流平和其他性能佳的优点, 又要降低 固化温度和毒性。 #$ ! 对羟基苯甲酸酯封闭剂 对羟基苯甲酸酯封闭剂已用于 31/ 异氰脲酸酯 的封闭剂, 配合羟基聚酯的粉末涂料, 与 -. 封闭剂比 较,有较低的固化温度和较高的漆膜柔韧性。对羟基 苯甲酸与对羟基苯甲酸甲酯的混合物也是很好的封闭 剂, 适当提高封闭剂的熔点, 可以减少烧结现象, 用这 种混合封闭剂封闭的 31/ 异氰脲酸酯得到的粉末涂 料与通常封闭的 /01/ 比较,具有较低的固化温度、较 高的柔韧性和更好的户外耐久性。 其他类似的封闭剂有羟基异丁酸甲酯封闭的 31/;对叔辛基苯酚封闭的 3’! 41/ & 双酚 7 预聚物; 百里酚) 封闭的 31/; 乙醇 % & 甲基 & ! & 异丙基苯酚 ( 封闭的十二烷基二异氰酸酯;苯甲醇封闭的 81/ & 940 预聚物等。例如,用苯甲醇封闭的壬基三异氰酸 用于粉末涂料有更快的固化速度、 较低的挥发 酯( 99/)
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