1. 聚酯粉末涂料组成
聚酯粉末涂料是由聚酯树脂、固化剂、颜填料、助剂等组成。其中,聚酯树脂与固化剂作为主要成膜物,对涂料性能起决定作用。与其他粉末涂料相比,聚酯粉末涂料耐候性较强,紫外光下较稳定,烘烤过程中不易泛黄、光泽度高、流平性好。
聚酯树脂
固化剂
固化剂又名硬化剂,是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。固化剂应具有良好的反应性,它是与树脂反应形成膜的关键成分,且固化剂的用量需适中。
固化剂过少,反应慢,固化不完全;固化剂过多,分子量下降,聚合反应中的链生长受阻,导致粉末涂料的冲击强度下降。
颜填料、助剂
助剂:包括流平剂、消泡剂等,用于改善涂料的加工性能和涂料质量。
2. 聚酯粉末涂料种类
根据固化剂的不同,聚酯粉末涂料分类如下:
聚酯树脂/TGIC体系
异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)固化剂属于多环氧化合物,三嗪杂环结构上连接3个环氧基团。TGIC因发生固化反应没有副产物产生,且涂膜烘烤耐泛黄性好,早期常被用于耐候型聚酯粉末涂料中。在聚酯/TGIC粉末涂料中,TGIC中的环氧基团与聚酯中的羧基可交联形成三维网状立体结构,当TGIC与聚酯树脂交联密度不断增大时,反应体系发生固化时交联密度越高,涂膜的耐热性越优异。
然而,TGIC固化需在高温下烘烤,耗能较大且工件降温慢,涂装效率低。为克服这种缺陷,固化时需加入合适助剂,实现低温固化;或者采用高活性聚酯树脂,提升低温固化粉末涂料的装饰性、防护性和贮存稳定性。
聚酯树脂/HAA体系
β-羟烷基酰胺(HAA)固化剂是含有4个羟基官能团的酰胺类化合物,属于水溶性化合物,与羧基聚酯树脂相容时反应活性较差。但HAA固化剂无毒、环保,相比于TGIC固化体系,固化温度低、用量少,且HAA不会降低Tg,贮存稳定性好。
聚酯树脂/PT910体系
偏苯三甲酸三缩水甘油酯(PT910)固化剂是酸类的缩水甘油酯混合物,熔点95~105℃,环氧当量141~154,与TGIC固化剂比较,其官能度下降,反应活性降低,涂料配方中需加入固化促进剂。PT910无生态学毒性,但具有一定的接触毒性和严重的刺激性,储存稳定性差,制粉时需选玻璃化温度较高的专用聚酯树脂。
聚酯树脂/Link1174体系
Link1174是甘脲类固化剂,固化羟基聚酯。但聚酯树脂/Link1174体系粉末涂料固化过程释放甲醇,涂层过厚出现针孔或起泡,粉末储存稳定性较差,比较适合制备户外皱纹粉末。在国外有一定的应用,占耐候粉末市场5~8%比例,但在国内几乎没有应用。
聚酯树脂/氨基甲酸酯(聚氨酯)体系
聚酯树脂/氨基甲酸酯(聚氨酯)体系粉末涂料采用的聚酯树脂为羟基聚酯,固化剂为HDI-己二异氰酸酯和其它脂肪族二异氰酸酯(如IPDI),异氰酸酯(R=C=O)具有两个杂积累键,活性高,极易与其它含活泼氢原子的化合物反应。
聚氨酯粉末涂料用异氰酸酯都必须预封闭,常用的封闭剂是己内酰胺和酯类;当加热到一定温度后异氰酸酯就会解封闭,与羟基聚酯反应形成网状立体结构。因芳香族的异氰酸酯耐候性能较差,常采用脂肪族的HDI和IPDI作固化剂。
聚酯树脂/有机硅体系
聚酯树脂/有机硅体系粉末涂料主要用于有耐温要求的服役环境。因有机硅树脂含高键能的硅氧主键,且含羟基,具有高抗氧化性,与羧基聚酯反应使粉末涂层表面生成稳定链(-Si-O-)的保护层,耐温性能提高,综合性能良好。同时需选择耐温性高的聚酯树脂、耐热性能良好的颜料和填料(如铝粉、云母粉、不锈钢粉、氧化铁、石墨、二氧化硅等)及合适的助剂。
聚酯树脂/有机硅体系粉末涂层在持续工作下保持颜色不变黄、光泽不变,涂层性能不变,涂层外观可以是流平、有光泽、银色、黑色、砂纹状。但因聚酯树脂结构特点限制,不能满足300℃以上服役条件;有机硅粉末涂料、氟碳涂料和高温陶瓷粉末涂料是耐高温粉末涂料的主要发展方向。
聚酯树脂/丙烯酸体系
含甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的丙烯酸树脂(含环氧基)作为聚酯树脂的固化剂,聚酯树脂/丙烯酸体系粉末涂层具有优良的抗紫外线和酸雨能力,其机械性能特别是抗碎石冲击的能力比纯聚酯粉末优异,涂层的光滑度、饱满度也提高。同时该体系采用封闭的异佛二酮二异氰酸酯(IPDI),以便使含有缩水甘油酯的丙烯酸固化,从而减少烘烤时的挥发份,提高耐候性。该粉末涂层体系已成功应用于北美三大汽车公司汽车粉末喷涂中,但价格较高,国内市场应用较少。
聚酯树脂/丙烯酸粉末涂料的消光系列主要用于制作2%~5%左右的无光耐候涂膜,主要采用高粘度、低酸值的饱和羧基聚酯同带缩水甘油基的丙烯酸酯(环氧值在0.18~0.20)固化,主要借助酸/环氧和羟基/异氰酸酯反应固化速率的差异实现消光;还可以添加辅助固化剂,还可获得半光、亚光的效果,但需考虑到价格的因素。该体系消光效果与聚酯和丙烯酸的稳定性有一定的关系。该体系生产工艺较简单,在建筑铝材市场潜力较大。
聚酯树脂/聚酯树脂混合粉末涂料体系
聚酯树脂/聚酯树脂混合粉末涂料体系主要是将酸值差异大的两种羧基聚酯(酸值为15~30mgKOH/g及45~65mgKOH/g)分别制成粉体,再进行机械混合,利用二者反应速率不同达到涂膜微观不平整,从而产生消光效果,光泽可降低到20%左右。该体系主要用于制作低光粉末涂料,工艺简单,经济实用,应用范围较广,主要用于天花板领域。但需注意白点缺陷。
3. 聚酯粉末涂料应用
木质家具
在木质家具方面,国内的生产企业大多数采用中密度纤维板(MDF),并用脲醛喷漆等工艺方式进行装饰。中密度纤维板是一种不导电的热敏基材。以往的水性涂料在使用时存在成本高、周期长等问题,烘烤时有机溶剂会与水一起排出,使涂膜硬度降低。
聚酯粉末涂料采用静电喷涂技术应用于板材上。喷涂后的产品无溶剂挥发,无刺激性气味;漆膜表面外观质量好,适合现代简约风格木质家居。采用低温固化粉末涂装技术将粉末涂料喷涂在木质基材表面能形成一层均匀、致密的涂层,其对基材表面的孔隙起到良好的封闭作用,且基材静电吸附性能趋向越一致,涂层厚度越均匀。粉末涂料比传统涂料具有更好的耐化学性和持久性,但在固化过程中应避免出现针孔、气泡等现象。
汽车部件
家用电器
建筑材料
粉末涂料用于建筑材料领域,比如户外铝型材、脚手架、钢窗等。耐候性聚酯树脂/TGIC体系粉末涂层同铝基体有良好的附着力,具有耐候性、耐酸雨、耐湿热,色泽美观且坚牢等特点,使用寿命可达10年以上;用于铝型材,主要在门窗、阳台、走廊、屋顶、墙幕、主柱包覆等方面使用,国家标准(如国标GB/T5237)和欧洲都有相关标准。在建筑用脚手架、钢窗以及高档住宅、社区、体育场馆等的庭院金属用具、扶手、栅栏以及休闲沙滩椅等方面也得到较多应用。
4. 聚酯粉末涂料发展趋势
2. 无毒化、低温固化将会是粉末涂料的发展方向之一;
3. 对树脂结构进行改性是混合型低温固化粉末涂料必然发展趋势;
写在最后
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