[发明专利]从羟基官能丙烯酸树脂制得的高固体分涂料和粉末涂料

说明书

                       发明领域

本发明涉及丙烯酸类粉末树脂及由此得到的内用和外用涂料。具体地说，本发明涉及用羟基官能丙烯酸树脂制得的粉末涂料。这类涂料特别适用于外部罩面漆、桥梁涂料、家用电器、飞机、卷材涂料、木材涂装、金属滑轨以及OEM(原设备制造)和修理行业中所用的汽车底漆和面漆。

                      发明背景

通常，大多数外用涂料由单一颜料漆构成。汽车涂料正是一个例子。然而，目前汽车工业却采用底漆/透明漆工艺。首先，施涂一层包含有颜料或着色材料的较薄(0.015-0.020毫米(0.6-0.8密耳))底漆。然后施涂一层不含颜料的较厚(0.046-0.056毫米(1.8-2.2密耳))的“透明漆”，将底漆盖住。该新方法的优点包括较高固体分、较低VOC(挥发性有机化合物)的涂料、改善的外观以及改善的耐侯性。因为只需要一层薄的底漆，所以使用的颜料极少。厚的透明漆具有湿润、有光泽的外观，因而给人以深度的感觉。此外，该颜料由厚的UV阻挡层保护。透明漆施涂到底漆上无需中间烘烤步骤。这种“湿碰湿”的方法最大限度地减少了成本，并促进了漆间的粘着力。

外用涂料，包括汽车透明漆，通常由羟基官能树脂与交联剂反应制得。该树脂通常是羟基官能丙烯酸树脂，这种树脂能赋予涂层以优异的耐久性和抗性。密胺、硅烷和多异氰酸酯是最广泛使用的交联剂。丙烯酸-密胺涂料主要用在汽车OEM应用上，而丙烯酸-聚氨酯涂料则大多数用于修补(“售后”)应用。

目前用于外用涂料的羟基官能丙烯酸树脂包含丙烯酸羟烷基酯、一般丙烯酸酯、以及任选地，其它乙烯基单体如苯乙烯等重复单元。丙烯酸羟烷基酯单体是丙烯酸或甲基丙烯酸与环氧化物(例如环氧乙烷或环氧丙烷)的反应产物。不幸的是，丙烯酸羟烷基酯要比一般的丙烯酸酯单体贵得多。此外，必须使用大比例的丙烯酸羟烷基酯才能提供足够的羟基官能度，以利于树脂与密胺和多异氰酸酯交联剂的反应。因此，从丙烯酸羟烷基酯单体制得的树脂往往是昂贵的。

越来越严格的EPA(美国环境保护局)空气质量条例限制向大气中排放挥发性有机化合物(VOC)。涂料工业的反应是采用高固体分配方。不幸的是，要将涂料的固体含量从目前的50％(重量)增加到所希望的60-70％或更高的水平是有困难的。低分子量低粘度树脂有助于达到较高固体分的配方，但常常需付出损失物理性能的代价。因此需要一些既能达到高固体分含量又不牺牲涂层性能的方法。

另一种达到减少或消除VOC的方法开发粉末涂料。粉末涂料可能最终会支配外用涂料市场，包括汽车涂料。粉末涂料典型地包含一种“硬”丙烯酸聚合物(Tg＝75-90℃)和一种“软”丙烯酸聚合物(Tg＝0-30℃)的共混物。这种共混物的Tg为约50-60℃，能避免环境温度下的冷流。粉末涂料在150-180℃固化，但在较低的温度下(50-80℃)足够稳定，可以进行配方的热加工。一般不使用溶剂。粉末涂料中所用的丙烯酸树脂是从上述昂贵的丙烯酸羟烷基酯衍生来的。因此需要较不贵的粉末涂料树脂。

最近，我们采用了低分子量的羟基官能丙烯酸树脂，这种树脂在价格和性能方面都比目前基于丙烯酸羟烷基酯的树脂(参见美国专利5,475,073、5,480,943和5,525,693，其内容并入本文作为参考)优势。这种树脂是从烯丙醇或丙氧基化烯丙醇、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体，以及任选地，一种或多种另外的烯类单体(如苯乙烯)衍生来的。该树脂的制备独具一格，不用链转移剂或反应溶剂，而且可用于许多热固性聚合物用途，包括热固性聚酯、聚氨酯、交联聚合物树脂、醇酸树脂、氨基甲酸改性的醇酸树脂，和环氧热塑性树脂。这种树脂的粘度低、羟基官能度高，这便促使我们去研究其在用于外用涂料的粉末涂料中的价值。

                    发明概述    

本发明提供一种丙烯酸类粉末树脂，该树脂包含：

(a)一种高Tg聚合物，其中包含烯丙基醇或丙氧基化烯丙基醇和一种或多种丙烯酸酯单体的重复单元，所述高Tg聚合物的Tg在70℃-90℃范围内；和

(b)一种低Tg聚合物，其中包含烯丙基醇或丙氧基化烯丙基醇和一种或多种丙烯酸酯单体的重复单元，所述低Tg聚合物的Tg在0℃-20℃范围内；

其中该丙烯酸类粉末树脂的Tg在40℃-80℃范围内。

本发明也提供一种粉末涂料，该涂料包含：

(a)所述丙烯酸类粉末树脂，