来自C12-C23二酯的粉末涂料树脂制造技术

描述了粉末涂料树脂和使用该粉末涂料树脂制备的涂料。该粉末涂料树脂基于C

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】来自C12-C23二酯的粉末涂料树脂本申请要求2018年1月26日提交，题目为SoybeanBasedPowderCoatingResinsfromC16-C23Diesters的序列号为62/622,180的美国专利申请的权益，通过引用将所述申请以其整体并入本文。背景粉末涂料的普及性持续扩大，并且这些涂料正逐渐替代用于器具、汽车零部件和宽范围的消费品的传统的液体油漆和涂料。这是由无溶剂和高转移效率方法的有吸引力的组合所驱动的。虽然绝大多数粉末涂料被施涂到金属部件和组件上，但对于涂覆诸如木材、塑料和复合材料之类的热敏衬底来说，存在着显著的增长机会。粉末涂覆这些材料要求在较低的温度下固化并仍保持稳定的储存和粉末转移特性以及高反应性的配制品。已经引入超低烘烤配制品来应对这种迅速发展的市场。这些体系基于传统的石油基聚酯树脂，该树脂主要负责粉末涂料配制品的物理和化学性质。聚酯是用于热固性粉末涂料的主力(workhorse)树脂体系，其具有众多组成变化，使得它们具有通用性并在宽范围的应用中使用。通过来自各种各样的脂族和芳族衍生物的醇和羧酸的缩合聚合而构建的聚酯树脂针对其粉末特性和其最终的涂料性能两者进行设计。对于热固化的体系，这意味着树脂必须能够经由配制过程转化成粉末，在运输和储存条件下保持稳定，并且在升高的温度下固化成具有预期性质的最终涂料。在降低固化条件(主要是温度，但也关于时间)时，可能需要调节树脂的热特性，以在熔融树脂并在衬底上激活固化时提供必要的流动、流平和成膜。然而，做出这些改变的能力的程度是有限的，并且经常与粉末稳定性以及涂料性能两者相悖。标准的聚酯结构单元(例如对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸、癸二酸、新戊二醇、三羟甲基丙烷等)具有在较高温度下在常规粉末涂料中的长的使用历史，但还未以完全解决这种低温固化需求的方式结合。这归因于有限范围的这些结构单元的某些关键物理性质，归因于它们的基于石油的来源。因此，对改进的粉末涂料、粉末涂料树脂和制备粉末涂料的方法存在着需求。专利技术描述本申请描述了来自脂族C12至C23二酯的聚合物树脂的组成、由该聚合物树脂制备的粉末涂料、以及制备该聚合物树脂的方法。这些树脂含有酰胺官能团(functionality)和酯官能团、以及反应性羧酸末端官能团，其允许树脂用交联剂固化，以形成特别有用于涂料和粉末涂料应用的热固性聚合物。具有合适的物理特性以粉碎成自由流动的粉末，该树脂还展现出相对低的熔点、低熔体粘度、在常用溶剂中的低溶解度、以及与常规固化剂的反应性，这使得它们特别适合于低温固化粉末涂料，且特定用于热敏衬底的涂覆。另外，在一些情况中，用于这些树脂中的合意的C12至C23二酯可源自生物基原料，例如来自大豆的脂肪酸。生物基聚酯结构单元(例如甘油三酯油和相关的脂肪酸及酯衍生物)由于其物理性质(例如挠性和疏水性)的范围，已经被改造和转化用于在涂料应用中使用。对用于树脂开发的生物基材料的研究提供了引入具有特性和特征的新的结构单元的途径，可对所述特性和特征施加影响以满足对热敏衬底的要求的变化。另外，来自可再生原料(例如大豆油)的生物基树脂的并入引进了可持续性的方面，其在木材产品(例如硬木产品或中密度纤维板(MDF))的涂覆中具有特别的吸引力。MDF是当前扩展粉末涂料的最大机会之一，因为它用于各种各样的消费品，包括组合式家具、橱柜、工作台面和其它建筑材料、商店展示和购买点(POP)装置，以及用于家庭和办公室的宽范围的其它产品。油脂化工持续引入不容易从石油原料获得的得自动物脂肪和植物油的新产品。一种此类新兴的产品家族是脂族-长链二酸，其在商业上经由发酵或烯烃复分解途径由脂肪酸制备。可容易获得的脂肪酸的化学转化产生C18二酸结构单元——十八烷二酸，其与基于石油的C6己二酸或甚至生物基C9壬二酸类似但仍显著不同。在这些长链二酸的生产期间，可生产中间体二酯衍生物，并且从化学反应性以及成本和商业可利用性的立场该中间体二酯衍生物可为衍生产物的有利原料。对长链二酸的现有经验包括观察到伴有明确的、相对高的熔点的长链二酯和酰胺衍生物的令人感兴趣的熔融特性。据假设，相对于短链脂族体系的性质，长链二酸树脂类似物将具有更大的耐溶剂性、水解稳定性、韧性和挠性，并且可将这些树脂类似物设计成具有适用于低温粉末涂料树脂的适当的熔体特性。为了成为相对当前树脂的有效改进，125℃或更低的目标固化温度对于热敏衬底用低温粉末涂料是特别合意的。如与本申请同日提交的题目为PowderCoatingResinsfromC12-C23Diacids，律师卷号17875PCT/130471PCT，序列号为_的PCT申请(通过引用将该申请以其整体并入本文)中所述，开发了基于C12至C23二酸的使用的粉末涂料技术。基于C12至C23二酯的使用来开发本专利技术粉末涂料技术。使C12至C23二酯与第一反应物反应，以形成中间体多元醇，所述第一反应物包含胺醇、或多胺与多元醇的混合物、或胺醇与多胺的混合物、或胺醇与多元醇的混合物、或其组合。使中间体多元醇与第一二酸反应，以形成羧酸封端的聚合物。随着树脂的分子量增大，酸值与胺和醇基团的比率减小。通过酸基团与胺和醇的选择性化学计量学来控制分子量、酸值和官能度，产生具有反应性羧酸官能团的树脂。树脂的分子量通常大于475g/mol且小于10,000g/mol，或大于475g/mol且小于7,500g/mol，或大于475g/mol且小于5,000g/mol。已通过脂肪酸甲酯的烯烃复分解来生产二酯，例如C18二酯。下面例示了由高油酸大豆油制备C19二酯的过程。通过利用二甲酯，去除了主要树脂组分的生产和纯化步骤。通常，例如通过酯的水解、酸化和纯化来生产C18二酸。使用二酯作为原料，消除了对这些步骤的需求，并且可降低主要原料的总成本并提高其可利用性。存在着关于合成如何以及时的方式进展方面的限制。因为树脂含有酰胺键和酯键二者，所以二甲酯的使用要求发生酯交换。此外，生产出多元醇中间体，其然后与二酸发生酯化，以实现羧酸封端的树脂。由于酰胺化反应迅速，因此由二甲酯生产酰胺多元醇将是合意的。这些多元醇然后将通过典型的缩合反应酯化。下面显示了C19二酯与乙醇胺反应，以形成中间体多元醇，然后该中间体多元醇与壬二酸反应。可通过使用其它胺(例如二乙醇胺)来生产其它酰胺及混合酰胺。本专利技术的树脂技术基于C12至C23二酯在粉末涂料树脂中的使用以及使用该粉末涂料树脂制备的粉末涂料。二酯包括C12至C23二酯、或C16至C23二酯、或C18至C23二酯。可使用二酯的混合物。二酯的混合物包括两种或更多种C12至C23二酯的混合物。一些混合物包括一种或更多种C18至C23二酯和一种或更多种C12至C16二酯。另外，一种或更多种C12至C23二酯可与一种或更多种C2至C11二酯混合。可由二酸与诸如甲醇或乙醇之类的各种醇的酯化来生产C12至C23二酯。可经由脂肪酯的烯烃复分解和脂肪酯的甲氧基羰基化来制备生物基C12至C23二酯。脂肪酯通常是一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉末涂料树脂，其包含：/n具有酯官能团和酰胺官能团的第一羧酸封端的聚合物，其中所述第一羧酸封端的聚合物是第一中间体多元醇与第一二酸的反应产物，且其中所述第一中间体多元醇是第一C

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180126 US 62/6221801.一种粉末涂料树脂，其包含：
具有酯官能团和酰胺官能团的第一羧酸封端的聚合物，其中所述第一羧酸封端的聚合物是第一中间体多元醇与第一二酸的反应产物，且其中所述第一中间体多元醇是第一C12至C23二酯与第一反应物的反应产物，所述第一反应物包含胺醇、或多胺与多元醇的混合物、或胺醇与多胺的混合物、或胺醇与多元醇的混合物、或其组合。


2.权利要求1所述的树脂，其进一步包含：
具有酯官能团和酰胺官能团的第二羧酸封端的聚合物，其中所述第二羧酸封端的聚合物是第二中间体多元醇与第二二酸的反应产物，且其中所述第二中间体多元醇是第二C12至C23二酯与第二反应物的反应产物，所述第二反应物包含胺醇、或多胺与多元醇的混合物、或胺醇与多胺的混合物、或胺醇与多元醇的混合物、或其组合，且其中用于所述第二羧酸封端的聚合物的所述第二C12至C23二酯与用于所述第一羧酸封端的聚合物的所述第一C12至C23二酯不同；或
具有酯官能团和酰胺官能团的第三羧酸封端的聚合物，其包含第一C12至C23二酸与第三反应物的反应产物，所述第三反应物包含胺醇、或多胺与多元醇的混合物、或胺醇与多胺的混合物、或胺醇与多元醇的混合物、或其组合；或
乙酰乙酸酯封端的聚合物，其包含第三中间体多元醇与乙酰乙酸酯的反应产物，且其中所述第三中间体多元醇包含第二C12至C23二酸与第四反应物的反应产物，所述第四反应物包含胺醇、或多胺与多元醇的混合物、或胺醇与多胺的混合物、或胺醇与多元醇的混合物、或其组合；
其中第三羧酸聚合物和所述乙酰乙酸酯封端的聚合物的总量小于所述树脂的50wt%。


3.权利要求1-2中任一项所述的树脂，其中所述第一反应物、第二反应物、第三反应物或第四反应物中的一种或更多种包含所述胺醇，其包括乙醇胺、N-甲基乙醇胺、1-氨基-2-丙醇、2-氨基-1-丙醇、3-氨基-1-丙醇、3-氨基-1-丁醇、4-氨基-2-丁醇、3-氨基-2-甲基-1-丙醇、3-氨基-2-甲基-1-丁醇、4-氨基-3-甲基-2-丁醇、2-(氨甲基)-1-丁醇、3-氨基-2,2-二甲基-1-丙醇、4-氨基-2-戊醇、1-氨基-3-戊醇、3-氨基-1-戊醇、4-氨基-2-甲基-2-丁醇、3-氨基-3-甲基-1-丁醇、3-氨基-2-(氨甲基)-1-丙醇、二乙醇胺、3-氨基-1,2-丙二醇、2-(氨甲基)-1,3-丙二醇、3-氨基-1,5-戊二醇、2-氨基-1,4-丁二醇、或其组合。


4.权利要求1-3中任一项所述的树脂，其中所述第一反应物、第二反应物、第三反应物或第四反应物中的一种或更多种包含：所述多胺，其包括乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、六亚甲基二胺、或其组合；或所述多元醇，其包括乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、或其组合。


5.权利要求1-4中任一项所述的树脂，其中所述第一C12至C23二酯或第二C12至C23二酯包括C16至C23二酯，或者其中所述第一C12至C23二酸或第二C12至C23二酸包括C16至C23二酸。


6.权利要求1-5中任一项所述的树脂，其中所述第一二酸或第二二酸包括乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、癸酸和十一烷二酸、十三烷二酸、或其组合。


7.权利要求1-6中任一项所述的树脂：
其中用于所述第一羧酸封端的聚合物的所述第一C12至C23二酯是C18至C23二酯；且
其中用于所述第二羧酸封端的聚合物的所述第二C12至C23二酯是C12至C16二酯，或用于所述第三羧酸封端的聚合物的所述第一C12至C23二酸是C12至C16二酸，或用于所述第二乙酰乙酸酯封端的多元醇的所述第二C12至C23二酸是C12至C16二...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·T·卡夫梅耶，D·B·加尔巴克，
申请(专利权)人：巴特尔纪念研究院，
类型：发明
国别省市：美国;US