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粉末涂料應用十分普及,在許多領域正在逐步替代含溶劑涂料等傳統涂料,幾十年的發展,粉末涂料技術已很成熟,這里簡要介紹基本配方(通用型)設計和部分重點市場的配方設計(實用型)、試驗過程等。
一、 粉末涂料基本配方設計要點
1、環氧型粉末涂料
環氧粉末是熱固性粉末最早研發和形成市場的粉末品種,一般是基于雙酚a型環氧樹脂,按照常見的看法。環氧粉末分為功能型和裝飾型兩類。、
功能型環氧粉末近年來發展迅速,主要應用在防腐(輸油輸氣、管件和閥件、鋼筋等)領域、電子(元件等)和電氣領域(匯流排和母線等)。功能型環氧粉末的基礎樹脂除雙酚A型環氧樹脂,也經常采用改性環氧如酚醛環氧樹脂、橡膠彈性體環氧樹脂等,具體在后面“功能型環氧粉末”有較具體的敘述。
裝飾性環氧粉末目前并不普及,一般應用于特殊效果如水紋(綿綿漆)和裂紋粉末、浴室把手罩光透明粉和鑄鐵件表面花紋(如縫紉機機頭用皺紋)等。
凡是在一定溫度(110~200℃)下能與環氧基反應的化合物,都可以作為環氧粉末的固化劑,而事實上適合環氧粉末的固化劑主要品種有胺類(雙氰胺、改性或加速雙氰胺),酸酐(芳香族酸酐、脂環族酸酐等)酰肼(葵二酸二酰肼、己二酸二酰肼等)、咪唑類(往往作促進劑)和有機酚類固化劑等幾類,根據不同的技術要求而選擇相應的固化劑,同時要選擇合適的固化促進劑配合,滿足各種實際需要和固化條件,促進劑也有很多種類,如乙酰丙酮金屬鹽【M (AA)n】、三苯基膦(TPP)及其鏻鹽、芳基異氰酸酯的加成物(取代脲)、2-苯基咪唑啉以及二甲基咪唑等。
2、環氧/聚酯型(混合型)粉末
當前在國內還是生產量最大和使用面最寬的品種。配方設計主要從涂層各項性能要求和售價成本入手。相關技術和配方在前后有關章節中有具體說明。
二、常見配方
實用型主要以耐候性粉末、白色家用電器粉末(以微波爐為例)、基礎美術型粉末、戶
內外高透明粉末為基本內容,針對功能型粉末再作重點介紹,這是由于功能型粉末(以環氧粉末為主)實際應用領域和市場近來擴展很快,用途和性能不斷提高,是目前重要的研發方向之一,同時也是能夠取得較好經濟效益的重要途徑。
(一) 耐候性粉末(以建筑鋁型材為例)
建筑型材以優異的耐久性、裝飾性和加工成型性,廣泛應用于建筑物的各個方面。而鋁合金型材又因加工性能佳、質輕等優點,用量占金屬型材的80%以上,粉末涂料在鋁型材方面的應用得到了迅速增長。目前,鋁型材表面處理是陽極氧化、電泳涂裝及粉末噴涂三種處理方式,每一種方式都各有優勢,就環保方面看,粉末涂料更具優勢,同時粉末涂料在色彩、花紋、光澤度等方面可選擇性好,得到了各行人士的喜愛。具有代表性的粉末涂料品種有環氧型、聚酯型、丙烯酸型及有機硅樹脂型等。作為實際應用,如鋁框架、門窗、陽臺、走廊、隔墻板等高防腐蝕性鋁型材,大多數采用聚酯、丙烯酸粉末涂料;此外,由于環氧樹脂粉末涂料具有優異的附著性、防腐蝕性,但耐候性較差,用于戶內或者作為底漆。
建筑型材粉末涂料選用的聚酯樹脂為飽和型的,按其端基分為端羧基型(—COOH)和端羥基型(—OH)兩類。低酸值(20~45mgKOH/g)的聚酯用異氰脲酸三縮水甘油酯(TGIC)、羥基酰胺作固化劑(Primid或HAA),端羥基(—OH)聚酯采用已內酰胺封閉的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)多元醇預聚物作固化劑,制備耐候性卓越的純聚酯粉末涂料。
根據粉末涂料耐候要求,國外通常按照佛羅里達天然曝曬測試結果分成三級:
1. 標準型耐候粉末涂料(可以通過佛羅里達曝曬實驗標準1~2a)
2. 改進型耐候粉末涂料(可以通過佛羅里達曝曬實驗標準2~3a)
3. 超耐候型耐候粉末涂料(可通過佛羅里達曝曬實驗標準5a以上)
國內我們一般依據GB/T 1865-1997《色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射暴露》 (濾過的氙弧輻射),對相應的粉末涂料作耐候性評估。
設計耐候好的型材粉末涂料,第一步是原輔材料的選擇,沒有性能可靠的材料,就 無法保證粉末的基本品質。根據國內各地氣候條件,這里我們提供比較適合的原料選擇,見表11-5。較典型的白色和灰色參考配方見表11-6。
粉末涂料應用十分普及,在許多領域正在逐步替代含溶劑涂料等傳統涂料,幾十年的發展,粉末涂料技術已很成熟,這里簡要介紹基本配方(通用型)設計和部分重點市場的配方設計(實用型)、試驗過程等。
一、 粉末涂料基本配方設計要點
1、環氧型粉末涂料
環氧粉末是熱固性粉末最早研發和形成市場的粉末品種,一般是基于雙酚a型環氧樹脂,按照常見的看法。環氧粉末分為功能型和裝飾型兩類。、
功能型環氧粉末近年來發展迅速,主要應用在防腐(輸油輸氣、管件和閥件、鋼筋等)領域、電子(元件等)和電氣領域(匯流排和母線等)。功能型環氧粉末的基礎樹脂除雙酚A型環氧樹脂,也經常采用改性環氧如酚醛環氧樹脂、橡膠彈性體環氧樹脂等,具體在后面“功能型環氧粉末”有較具體的敘述。
裝飾性環氧粉末目前并不普及,一般應用于特殊效果如水紋(綿綿漆)和裂紋粉末、浴室把手罩光透明粉和鑄鐵件表面花紋(如縫紉機機頭用皺紋)等。
凡是在一定溫度(110~200℃)下能與環氧基反應的化合物,都可以作為環氧粉末的固化劑,而事實上適合環氧粉末的固化劑主要品種有胺類(雙氰胺、改性或加速雙氰胺),酸酐(芳香族酸酐、脂環族酸酐等)酰肼(葵二酸二酰肼、己二酸二酰肼等)、咪唑類(往往作促進劑)和有機酚類固化劑等幾類,根據不同的技術要求而選擇相應的固化劑,同時要選擇合適的固化促進劑配合,滿足各種實際需要和固化條件,促進劑也有很多種類,如乙酰丙酮金屬鹽【M (AA)n】、三苯基膦(TPP)及其鏻鹽、芳基異氰酸酯的加成物(取代脲)、2-苯基咪唑啉以及二甲基咪唑等。
2、環氧/聚酯型(混合型)粉末
當前在國內還是生產量最大和使用面最寬的品種。配方設計主要從涂層各項性能要求和售價成本入手。相關技術和配方在前后有關章節中有具體說明。
二、常見配方
實用型主要以耐候性粉末、白色家用電器粉末(以微波爐為例)、基礎美術型粉末、戶
內外高透明粉末為基本內容,針對功能型粉末再作重點介紹,這是由于功能型粉末(以環氧粉末為主)實際應用領域和市場近來擴展很快,用途和性能不斷提高,是目前重要的研發方向之一,同時也是能夠取得較好經濟效益的重要途徑。
(一) 耐候性粉末(以建筑鋁型材為例)
建筑型材以優異的耐久性、裝飾性和加工成型性,廣泛應用于建筑物的各個方面。而鋁合金型材又因加工性能佳、質輕等優點,用量占金屬型材的80%以上,粉末涂料在鋁型材方面的應用得到了迅速增長。目前,鋁型材表面處理是陽極氧化、電泳涂裝及粉末噴涂三種處理方式,每一種方式都各有優勢,就環保方面看,粉末涂料更具優勢,同時粉末涂料在色彩、花紋、光澤度等方面可選擇性好,得到了各行人士的喜愛。具有代表性的粉末涂料品種有環氧型、聚酯型、丙烯酸型及有機硅樹脂型等。作為實際應用,如鋁框架、門窗、陽臺、走廊、隔墻板等高防腐蝕性鋁型材,大多數采用聚酯、丙烯酸粉末涂料;此外,由于環氧樹脂粉末涂料具有優異的附著性、防腐蝕性,但耐候性較差,用于戶內或者作為底漆。
建筑型材粉末涂料選用的聚酯樹脂為飽和型的,按其端基分為端羧基型(—COOH)和端羥基型(—OH)兩類。低酸值(20~45mgKOH/g)的聚酯用異氰脲酸三縮水甘油酯(TGIC)、羥基酰胺作固化劑(Primid或HAA),端羥基(—OH)聚酯采用已內酰胺封閉的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)多元醇預聚物作固化劑,制備耐候性卓越的純聚酯粉末涂料。
根據粉末涂料耐候要求,國外通常按照佛羅里達天然曝曬測試結果分成三級:
1. 標準型耐候粉末涂料(可以通過佛羅里達曝曬實驗標準1~2a)
2. 改進型耐候粉末涂料(可以通過佛羅里達曝曬實驗標準2~3a)
3. 超耐候型耐候粉末涂料(可通過佛羅里達曝曬實驗標準5a以上)
國內我們一般依據GB/T 1865-1997《色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射暴露》 (濾過的氙弧輻射),對相應的粉末涂料作耐候性評估。
設計耐候好的型材粉末涂料,第一步是原輔材料的選擇,沒有性能可靠的材料,就 無法保證粉末的基本品質。根據國內各地氣候條件,這里我們提供比較適合的原料選擇,見表11-5。較典型的白色和灰色參考配方見表11-6。
表11-5 鋁型材粉末原料選擇
型號
|
特征簡述
|
適用范圍
|
供應商
|
聚酯樹脂選擇
|
|||
P5200
|
羧基聚酯樹脂,酸值約35mgKOH/g
|
通用耐候粉末,高光和平光,適于靜電噴涂,普通流平,TGIC固化
|
昆山 DSM
|
P5201
|
羧基聚酯樹脂,酸值約35mgKOH/g
|
通用耐候粉末,高光和平光,適于摩擦帶電噴涂,普通流平,TGIC固化
|
昆山DSM
|
EL6600
|
羧基聚酯樹脂,酸值約35mgKOH/g
|
耐候性稍低,高光和平光,適于靜電噴涂,普通流平,TGIC固化
|
廣州南方樹脂
|
P855
|
羧基聚酯樹脂,酸值約35mgKOH/g
|
通用耐候粉末,靜電摩擦都適用,多用于砂紋和皺紋粉,用烷基酰胺固化
|
昆山DSM
|
P9335
|
羧基聚酯樹脂,酸值約35mgKOH/g
|
與P5200接近,價格有優勢,TGIC固化
|
杭州中法
|
P3005
|
羧基聚酯樹脂,酸值約35mgKOH/g
|
透明粉專用,適于靜電噴涂,TGIC固化,流平稍差
|
昆山DSM
|
CE3099
|
羧基聚酯樹脂,酸值約27mgKOH/g
|
耐候性稍低,靜電摩擦都適用,多用于砂紋和皺紋粉,用烷基酰胺固化
|
浙江天松
|
固化劑選擇
|
|||
PT710
|
白色顆粒,EEW約110,熔點約92℃
|
低酸值聚酯樹脂固化劑,用于耐候性好的粉末,流平性中
|
瑞士汎達
|
PT810
|
白色顆料,EEW約108,熔點約96℃
|
低酸值聚酯樹脂固化劑,用于耐候性好的粉末,流平性好
|
瑞士汎達
|
TGIC
|
白色粉狀,EEW約110,溶點約93℃
|
低酸值聚酯樹脂固化劑,耐候性同PT710,流平性中
|
常州牛塘
|
XL552
|
白色粉狀,羥值約84mgKOH/g,溶點約122℃
|
低酸值聚酯樹脂固化劑,耐候性同PT710,多用于砂紋和皺紋
|
美國羅門哈斯
|
T105M
|
白色粉狀,羥值約84mgKOH/g,溶點約122℃
|
低酸值聚酯樹脂固化劑,耐候性同國產TGIC,多用于砂紋和皺紋
|
寧波南;瘜W
|
AG500
|
GMA型丙烯酸樹脂,EEW約530
|
羧基聚酯消光固化劑,可得30。以下的任何光澤
|
廣州南方樹脂
|
B1530
|
灰白色固體
|
羥基聚酯固化劑,流平好,耐候性高
|
德國赫斯
|
主要助劑選擇
|
|||
BENZOIN
|
安息香(苯偶因),粉末脫氣劑
|
用于平光類粉末,消除涂料固化過程中的氣泡
|
寧波南;瘜W或韓國美源
|
PV88
|
丙烯酸酯類流動助劑,為均聚物
|
用于平光類粉末,消除涂料固化過程中的流平缺陷如縮孔和麻點等
|
德國獲利化學
|
PC-100
|
丙烯酸酯類流動助劑,為共聚物
|
用于平光類粉末,消除涂料固化過程中的流平缺陷如縮孔和麻點等
|
廣州南方樹脂
|
9615A
|
酰胺改性的聚乙烯蠟
|
提高涂層抗劃傷性和粉末音的滑爽性
|
德國科萊恩
|
PE520
|
低分子量聚乙烯
|
提高涂層抗劃傷性和粉末音的滑爽性
|
德國科萊恩
|
TEX61
|
聚四氟乙烯蠟,白色粉狀
|
加入配方中得到砂紋
|
美國三葉
|
TF1830
|
聚四氟乙烯蠟,白色粉狀
|
加入配方中得到砂紋
|
德國路博潤
|
CAB-551-0.2
|
醋丁纖維素,白色粉狀,熔點140℃
|
加入配方中得到錘紋
|
美國伊士曼
|
BP-881
|
鈉基有機硼潤土,淺黃色粉末
|
起砂助劑,一般加入量為0.5%~3%
|
浙江華特
|
R-972
|
氣相二氧化硅,白色微細粉末
|
提高粉末的流動性和帶電性
|
德國德固薩
|
Oxide C
|
氣相三氧化二鋁,白色微細粉末
|
提高粉末的流動性和摩擦帶電性
|
德國德固薩
|
DT3329
|
改性低分子量蠟消光劑
|
降低粉末涂層的光澤
|
瑞士汎達
|
Tinuvin 144
|
紫外線吸收劑
|
適于透明粉末涂料,提高涂料的抗老化性能
|
瑞士汎達
|
Castor Oil
|
氫化蓖麻油
|
調整粉末的流動性和改善粉末的邊緣包覆力
|
國產
|
鈦白粉
|
|||
CR-828
|
金紅石型鈦白粉,含量93%
|
白色顏料,優良的耐候性
|
美國科美基
|
R-706
|
金紅石型鈦白粉,含量94%
|
白色顏料,優良的耐候性
|
美國杜邦
|
ZR-940+
|
金紅石型鈦白粉,含量94%
|
白色顏料,優良的耐候性,分散性好
|
鎮江太白
|
填料
|
|||
TL-2500
|
多孔粉石英,粒徑偏細
|
降低成本,提高粉末的硬度、吸附。有一定的消光作用
|
上海維特銳實業
|
TL-1250
|
多孔粉石英,粒徑中等偏細
|
降低成本,提高粉末的硬度,增加粉末涂料物理力學性能
|
上海維特銳實業
|
TL-400
|
多孔粉石英,400目
|
填充料,降低成本,代替硫酸鋇達到環保要求
|
上海維特銳實業
|
顏料
|
|||
330R
|
炭黑,藍相
|
黑色顏料
|
美國卡博特
|
MA-100
|
炭黑,紅相
|
黑色顏料
|
日本三菱
|
4920
|
氧化鐵黃
|
黃色顏料,較灰暗
|
德國拜爾
|
3110
|
氧化鐵紅
|
紅色顏料,較灰暗
|
德國拜爾
|
5019
|
檸檬鉻黃
|
黃色顏料,較鮮艷
|
加拿大DCC
|
5034
|
中鉻黃
|
黃色顏料,較鮮艷
|
加拿大DCC
|
103
|
中鉻黃
|
黃色顏料,較鮮艷
|
上海
|
502
|
檸檬鉻黃
|
黃色顏料,較鮮艷
|
上海
|
Cr2O3
|
三氧化二鉻
|
氧化鉻綠,較鮮艷
|
上海凱麗
|
GMX-15-SQ
|
CI 黃34
|
康納鉻黃
|
瑞士汽巴
|
GLH-74-SQ
|
CI 紅34
|
康納鉬鉻紅
|
瑞士汽巴
|
3230S
|
鉬鉻紅
|
紅色顏料,較鮮艷,耐光性好
|
德國巴斯夫
|
635T
|
氧化鐵棕
|
棕色顏料,較灰暗
|
德國拜爾
|
Violet B
|
永固紫
|
紫色顏料
|
瑞士汽巴
|
GNX
|
酞菁綠
|
綠色顏料
|
德國科萊恩
|
Orange G
|
有機橙
|
橙色顏料
|
德國赫司特
|
Yellow 10G
|
有機黃
|
黃色顏料
|
德國赫司特
|
SG-721
|
酞菁綠
|
綠色顏料
|
日本油墨
|
L7072D
|
酞菁藍
|
藍色顏料
|
德國巴斯夫
|
表11-6 較典型的白色和灰色參考配方(高光型)
組份
|
質量份
|
組份
|
質量份
|
|
P9335
|
300
|
P5200
|
610
|
|
PT710
|
22.5
|
PT710
|
46
|
|
PV88
|
3.9
|
PV88
|
8
|
|
Benzoin
|
2.6
|
Benzoin
|
5
|
|
9615A
|
0.7
|
BaSO4,10HB
|
72
|
|
CR 828
|
165
|
9615A
|
3
|
|
BaSO4,5HB
|
28.6
|
CR 828
|
220
|
|
4920
|
5
|
GNX GREEN
|
0.4
|
|
--
|
--
|
103
|
1.5
|
|
--
|
--
|
黃45-SQ
|
1
|
|
合計
|
528.3
|
合計
|
966.9
|
依照上述配方經標準工藝生產和嚴格檢驗,粉末具有性能如下:
1. 具有十分優異的柔韌性,防腐蝕性;
2. 卓越的戶外耐候性(抗紫外光降解),十分優良的裝飾性和經濟效益;
3. 該產品與鋁材及鍍鋅底層有良好的附著力,無需底漆;
4. 涂膜的物理機械性能和耐化學藥品性能好。
詳細性能指標如下:
外觀(目測) 色澤均勻疏松
密℃ 1.2~1.6g/cm3
粉末細℃(180目篩余物) <0.5%
儲存穩定性(35℃以下) 12個月
試驗項目 Qualicoat 指標
涂膜厚℃ 60~80um
60。光澤度 >85%(高光)
抗沖擊性能 490N·cm
彎曲性能 3mm
杯突試驗 ≥7mm
附著力(劃格法) 0級
壓痕硬度 ≥80
耐鹽霧試驗(1000h) 在10cm劃痕中有小于16mm2腐蝕
耐候試驗 1年,朝南傾角5。清洗樣品測試保光率≥50%
人工加速老化試驗(1000h) 失光率≤50%(依據GB/T 1865-1997)
其涂裝方法:采用認可的涂裝機械,按照產品說明和技術說明在正常條件下進行施工,該產品可形成平整有光或無光的涂層,完全符合甚至超過Qualicoat標準的技術指標。
推薦固化條件:190℃/20min,200℃/15min.。