户外粉末涂料用耐候、抗冲击聚酯树脂的制备

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ET-IR、UV-Uis进行了表征。研究了IPA、TMP、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。在优化配方下所合成的聚酯树脂保光率90％（240h B灯老化），耐冲击性能优异。

1 前言

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。粉末涂料作为无溶剂固体涂料，voc排放几乎为零，对环境的污染大大降低，是环保型涂料的理想类型。

粉末涂料涂层在户外环境中，受到紫外线照射及水、酸雨、氧气等的作用，涂层会不断老化降解，使得使用寿命大大降低，此外，由于受到碰撞等外界因素的等影响，涂层也会产生裂纹等机械损害，影响其使用寿命。因此，提高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，是优化耐候性能和机械性能的关键。

现有的技术条件下，单纯解决粉末涂料涂层的耐候性能及机械性能都不成问题，顾宇昕等对影响粉末涂料耐候性能等因素做了系统研究，陈龙才等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体。因此，协调解决粉末涂料耐候性能及机械性能就成为了聚酯树脂改进的重要方向之一。笔者通过研究不同单体对聚酯树脂耐候和耐冲击性能的影响，优化了聚酯树脂的合成配方及聚酯性能参数，获得了同时具有优异耐候和耐冲击性能的聚酯树脂品种。

2 实验部分

2.1 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），抗氧剂245，抗氧剂626，钛白粉，硫酸钡，流平剂，安息香，均为工业级。

2.2 聚酯树脂的合成工艺

按配方量将多元醇和多元酸、催化剂加入到100L反应釜中，搅拌均匀。在氮气保护下，逐渐升温至240℃反应，达到目标酸值、粘度后添加酸解剂进行酸解，时间3、5h，待达到目标酸值、粘度后进行抽真空缩聚，2、3h后得到酸值、羟值、黏度及相对分子质量及其分布符合要求的产品。

2.3 粉末涂料及涂层的制备工艺

按表1的基本配方制备粉末涂料，工艺流程为：

配料→预混→挤出→压片→粉碎→过筛→3产品，将制备得到的粉末涂料用静电喷涂并按一定的固化条件固化得到涂层，进行涂料及涂层性能的检测。

2.4 样品的检测与表征

FT-IR：采用美国Nicolet公司Nexus670型傅里叶变换红外光谱仪分析样品的结构；

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 Corporation公司QUV/Spray型号人工老化箱进行耐候性能测试。实验条件：循环条件UVB:60℃×4h光照50℃×4h冷凝，辐照度0.71W/m2/nm。

冲击性能测试：参照GB/T 1732-1993漆膜耐冲击测定法测定粉末涂层的耐冲击性能。

3 结果与讨论

3.1 聚酯树脂配方及基本性能

3.2 聚酯树脂的红外检测结果

图1为所合成耐候、耐冲击聚酯树脂样品的红外光谱图，从图1可以看出，3276cm-1附近较宽而散的吸收峰为羧基的-OH吸收峰。2963cm-1附近为烷烃的C-H特征键吸收峰。1713cm-1附近为酯基的C=O键特征吸收峰。1266cm-1附近的为酯基的C-O键的特征吸收峰。在1600cm-1、1585、1500cm-1、1450cm-1处为苯环特征吸收峰，在1675cm-1～1640cm-1无烯烃的C=C吸收峰。由图可知，所合成的聚酯为芳香族端羧基饱和聚酯树脂。

3.3 IPA用量对粉末涂层耐候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。从图中可以看出，随着IPA用量的增大，聚酯涂层的耐候性能随之增大，但耐冲击性能却呈现下降趋势。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比例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的非对称结构，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。

3.4 TMP用量对粉末涂层耐候及耐冲击性能的影响

图4为TMP用量对聚酯涂层耐候性能和耐冲击性能的影响。从图中可以看出，随着TMP用量的增加，涂层的耐候性能有逐渐提升的趋势，机械性能先升高后下降。TMP为3官能团的多元醇，由于单体分子中不含有β氢原子，对于提高聚酯树脂的耐候性能具有一定的帮助。该单体的加入还能起到提高交联密度的作用，使分子由长链结构转变为网状结构，从而提高聚酯的耐冲击性能。但添加量过大会引起涂层过硬，从而降低涂层的柔韧性能。此外，还会引起粘度的迅速上升，甚至产生凝胶，因此，添加量不易过多。

3.5 ADA用量对粉末涂层耐候及耐冲击性能的影响

图5为ADA添加量对聚酯涂层耐候及力学性能的影响关系图。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提高。这主要是因为，ADA是脂肪族二元酸，它的加入提高了聚酯高分子分子链的柔顺性，因此，提高了其耐冲击的性能。但由于ADA单体中所含的阝氢原子较多，较易吸收能量引起分子链的断裂。因此，ADA的添加，会对聚酯树脂的耐候性产生较大影响。

4 结论

采用两步法合成了户外耐候粉末涂料用聚酯树脂。红外分析结果表明所合成的聚酯树脂为芳香族端羧基饱和聚酯树脂。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。在优化配方下所合成的聚酯树脂保光率90％（240h B灯老化），耐冲击性能优异。

文/陈闯1、2，李勇1、2，刘亮1、2，曾定1、2

1.中国电器科学研究院

2.广州擎天材料科技有限公司

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