[发明专利]含氟聚合物基粉末涂料

说明书

公开了含氟聚合物基粉末状组合物。含氟聚合物的熔体粘度非常低，在230℃和100s^‑1条件下低于2千泊(kP)，并且分子量为15kDa至200kDa。组合物可以用于粉末涂料或滚塑加工。经涂覆或滚塑部件的涂层或内表面呈现小于25μin(0.64μm)的粗糙度值Ra，对应于非常光滑的表面。涂料对进行过表面准备或未进行过表面准备的基材呈现出非常良好的粘附性，并且对具有和没有底漆的基材呈现出非常良好的粘附性。

发明领域

本发明涉及含氟聚合物基粉末涂料。含氟聚合物组合物在ASTM D1238-13所列举的230℃和100s^-1剪切速率下的粘度小于2.0千泊(kP)。可以将粉末涂料施涂至裸露或涂有底漆的基材。尽管这些材料的粘度较低，但使用它们制备的含氟聚合物粉末涂层具有非常低的表面粗糙度，同时保持良好冲击强度和弯曲塑性。含氟聚合物粉末涂料对具有底漆和没有底漆的基材呈现出色的粘附性。

发明背景

含氟聚合物、特别是基于聚偏二氟乙烯(PVDF)的含氟聚合物由于在严酷化学和辐射环境中的长寿命性能而长期用于耐化学和辐射的粉末涂料应用中。然而，在某些应用中，例如生物制药领域中的核手套箱(nuclear glove box)和核涂层，需要非常光滑的表面(根据ASME B46.1-2009测量的10μin)，这很难用当前可获得的PVDF基聚合物来实现。这些应用还要求如ASTM D2794-93(2010)中所述的良好冲击强度，以及ASTM D3451-06(2017)(涂料粉末和粉末涂层的测试标准指南(Standard Guide for Testing Coating Powders andPowder Coatings))和ASTM D522/D522M–17(附着的有机涂层芯轴弯曲测试的标准测试方法(Standard Test Methods for Mandrel Bend Test of Attached Organic Coatings))所述的良好弯曲塑性。

通常，用较低粘度的聚合物可获得更光滑的涂层，尤其是那些采用粉末涂覆工艺或旋转内衬(“滚塑(rotolining)”)工艺进行涂覆的涂料。同样，概括地说，粘度较低的材料具有较低的分子量，这又与冲击强度下降和弯曲塑性降低有关。因此，需要一种能产生光滑涂层的含氟聚合物基粉末涂料树脂，即，根据ASME B46.1-2009测定的表面粗糙度Ra为25微英寸(μin)[0.64微米(μm，10^-6m)]或更低。

令人惊讶地，已经发现某些低粘度含氟聚合物可以产生极其光滑的粉末涂覆表面，同时保持出色的冲击强度和弯曲塑性。通过毛细管或平行板流变法在230℃和100s^-1的剪切速率下测量的这些材料的优选熔体粘度(根据ASTM D3825)范围为0.01kP至2.0kP。此外，因为粘度降低，所以可以使用比粘度较高的相同材料变体更低的烘烤温度，因为在相同温度下粘度较低的材料流动性更好。该温度降低的优点之一是某些材料的泛黄减少，因为该变色与较高的温度有关。

发明概述

本发明涉及一种包含(以聚合形式)至少60重量％的一种或多种含氟单体的含氟聚合物，其中，所述含氟聚合物通过平行板流变法在100s^-1和230℃下测量的熔体粘度为0.01kP至低于2.0kP，通过GPC测量的重均分子量为15,000至200,000道尔顿。

本发明还涉及由该含氟聚合物形成的粉末状树脂，其适用于粉末涂覆或滚塑。这些粉末状含氟聚合物可以在稳定的水性乳液中合成，随后喷雾干燥，取决于所用的加工参数、特别是喷雾干燥步骤的加工参数，产生了5至100μm的颗粒。含氟聚合物颗粒还可以通过悬浮聚合来合成，其中在合成期间可以产生5至200μm直径的颗粒。颗粒的尺寸控制通过材料配方(例如，稳定剂和引发剂化学物质)以及反应参数(例如，搅拌速率、设计和反应温度)来实现，如本领域已知的。另外，通常整体式材料(例如尺寸范围为1–20mm的粒料)在环境温度或低温条件下进行研磨，以形成具有多分散粒径的粉末。这些多分散性粉末随后进行筛选以分离各种直径的颗粒，由此产生具有更窄直径分布的粉末，如本领域已知的。