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聚氨酯粉末防腐涂料
发布时间:2016-10-28   点击次数:1026次

聚氨酯粉末防腐涂料

一、 聚氨酯粉末涂料的特性

作为一种主要耐候性粉末涂料的产品,聚氨酯粉末涂料具有以下优势:

①     在挤出过程中不会有反应发生;

②     在一般固化温度(140~200℃)下具有较低的熔融黏度,以便获得良好的润湿性和流平性;

③     树脂不含有相对分子量太高的聚合物,使得树脂的软化点和熔融温度接近,从而使固化时的反应速率相匹配;

④     有良好的力学性能和耐磨性;

⑤     有良好的物理储存稳定性;

⑥     有良好的耐化学腐蚀性;

⑦     耐候性优异;

⑧     喷涂施工性能良好。

正是由于聚氨酯粉末涂料兼具优异的装饰性和耐候性,因此在家用电器、电气设备、空调设备、道路栅栏、铝型材、装饰材料及汽车零件等方面得到广泛应用。目前这类粉末涂料统治着美国和日本的粉末市场,其产量已超过混合型粉末涂料。

但是,国内粉末涂料厂家却很少选用此类型的粉末涂料,除固化剂价格昂贵外,此类型的粉末涂料还存在如下缺点:

①     在固化成膜过程中,要释放封闭剂,造成烘烤环境的空气污染,气味难闻。所以要在固化设备上加有回收封闭剂的处理装置;

②     涂膜不宜过厚,否则易使涂膜产生针孔、气泡等毛病;

③     烘烤固化温度高。

二、聚氨酯粉末涂料的组成

聚氨酯粉末涂料的配制是利用聚酯树脂中的羟基(R-OH)与异氰酸酯(R-N=C=O)反应来完成,此交联反应会生成氨基甲酸酯键。异氰酸酯中的芳香族,由于耐候性差,很少选用,常选用脂及族的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和己二异氰酸酯(HDI)做固化剂。

目前,zui常用的体系是只在高于170℃以上才发生反应的已内酰胺封闭的异佛尔酮二异氰酸酯。除了已内酰胺封闭外,还有如二氮丁酮基、环己酮肟等来封闭。

     填料方面:在对硬度及耐候性要求高的前提下选用多孔粉石英这种填料比较合适,多孔粉石英属于一种火山灰沉积岩。该产品自然粒径细(0.5μm左右),颗粒分布均匀,比表面积大(8.3m2/g),外形结构近似球型无棱角状。以电子显微镜图象看,其表面全是纳米级的介孔,平均孔径约为8.8nm(纳米)。多孔粉石英表面含有一定数量的羟基(-OH)-硅醇。作为极性官能团,用于粉末涂料中有助于提高产品的附着力和粘结性。另一方面,由于羟基的存在,更容易通过偶联剂表面处理,增加其交联、补强的作用,增加产品的物理力学性能又可提高涂膜的拉伸强度。多孔粉石英中含有Zro2,二氧化锆性质稳定,硬度高,加上多孔粉石英的多孔结构使得涂料有较好的硬度表现,和抗冲击的性能。

多孔粉石英属于二氧化硅体系一种,SiO2含量高达98%,耐候性得到充分体现。使用的安全性也被认可,已广泛用于粉末涂料,廉价的多孔粉石英可以降低粉末涂料的成本,同时替代硫酸钡以减少产品中可溶性钡的含量,达到环保要求。

三、聚氨酯粉末涂料的几种类型

1.亚光聚氨酯粉末涂料

亚光聚氨酯粉末涂料,主要是靠固化反应期间引起不规则反应速率和微观结构粗糙程度形成的涂膜,当然实际应用技术应用于降低聚氨酯粉末涂料的光泽还应包括:使用填料;加入微粉蜡之类不相混溶的材料,使用具有两种不同活性的粉末的混合物;一种树脂与两种不同的固化剂的配制;两种不同树脂与一种固化剂的配制;使用分散的活性消光剂;使用两种树脂和两种固化剂配制等。

亚光聚氨酯粉末涂料的配方如下:

原材料                 配方/%         原材料                  配方/%

聚氨酯树脂(高羟基值)   117          安息香                     4

聚氨酯树脂(低羟基值)   273          蜡粉                      10

封闭异氰酸酯             243          其他助剂                  40

流平剂                    10          颜料                      60

无光填料                 250    

 

按配方可得光泽度为5°左右的聚氨酯粉末涂料,根据高羟基值树脂与低羟基值树脂的比例、填料的品种及加入量,可以调整涂膜光泽。

商家常用的另一种消光方法是通过运用两种固化剂,一方面使带有羟基的聚氨酯和己内酰胺封闭的异氰酸酯进行反应;另一方面使固化交联其羧基的聚氨酯进行反应,该种方法所制得的成品性能也比较稳定。

2.透明聚氨酯粉末涂料

正由于聚氨酯粉末涂料具有优异的流平性和光泽,粉末涂料涂装的工业应用日益增多,尤其近年来粉末涂料涂装进入汽车涂料领域。例如现在部分汽车的铝轮毂喷涂大多数采用罩光清漆或者透明粉末涂料。聚酯透明粉末涂料作为一种比较优异的聚酯型涂料,其优点在于:①涂膜透明清晰、不泛黄、不起雾;②涂膜流平性佳,涂膜丰满度好;③耐溶剂性能好;④耐擦伤性能优异。

透明聚氨酯粉末涂料由羟基聚酯、封闭异氰酸酯、催化剂、助剂等组合配制,其配方如下:

原材料                 配方/质量份         原材料                  配方/质量份

聚氨酯树脂                30~80          流平剂                     0.5~1.0

封闭异氰酸酯              15~20          消泡剂                     0.3~0.5

催化剂                    0.1~0.2        其他                         1~2

需要说明的是,在选择原材料的时候要考虑聚氨酯与固化剂的反应活性及清晰度,还应筛选具有高透明性的流平剂及其他助剂,同时要注意生产工艺,防止交叉污染的产生。

3.内封闭低温交联固化体系

基于粉末涂料的发展方向,以及性能方面的考虑,开发内封闭低温交联固化体系已成为聚氨酯粉末涂料的研究重点。因为外封闭型IPDI的烘烤过程会释放出挥发性的己内酰胺,造成针孔、气泡等弊病,对环境也存在影响。新兴的内封闭的IPDI技术,是在烘烤过程中,热分解生成-NCO基,再与羟基聚酯树脂反应。

 此内封闭型的IPDI固化体系所得涂膜性能优越,只是光泽及流平性较外封闭

型IPDI差。

     聚氨酯粉末涂料的低温固化,可从两方面出发,一是选择合适的固化剂,即适当的IPDI及封闭剂,催化剂的控制;另一方面即选择合适的树脂。

4.聚氨酯粉末涂料及耐候型粉末涂料

随着科技进步和人民生活水平的提高,户外耐候型粉末涂料以优良的保光保色性而备受涂料工业界同仁所青睐,其应用领域越来越广泛,所占市场份额会有较大的增加。据2002年世界粉末涂料产量统计,户外类型的粉末涂料占到粉末涂料总量的38.5% 。

对于各种耐候型粉末涂料,其特点和性能比较表 1-1。

 

                表1-1  各种耐候型粉末涂料比较

体系

            特   点

      性能

应用领域

优点

不足

 

力学性能

耐化学品性

耐候性

聚酯/TGIC

占耐候型粉末涂料市场的35%~40%

TGIC有一定毒性,国外已限制使用

8

8

7

8

户外设施,型材

聚酯/Primid

Primid是目前性能zui接近TGIC类的无毒替代品,占耐候型粉末涂料市场的30%~35%

该体系涂层致密性不够,易泛黄

6

8

7

8

建材

聚酯/PT910

TGIC替代型固化剂

耐热性、耐候性比TGIC略差

8

7

8

6

沙滩椅

聚酯/Link1174

甘脲固化剂,用于固化羟基聚酯,占耐候型粉末涂料市场的5%~8%

固化过程有甲醇放出,易出现针孔,气泡,储存稳定性较差

7

8

8

8

灯饰

聚酯/有机硅

以硅氧键O-Si-O为主键链,有良好的综合性能

 

7

7

9

9

发动机

聚酯/氨基甲酸酯

综合性能优良,占耐候型粉末涂料市场的15%~20%

固化时释放封闭剂,气味难闻

10

7

9

8

建材,外用

聚酯/丙烯酸

涂层的各项性能优异,尤其是光滑度、饱满度

无光体系的抗击差

9

7

7

9

汽车领域,灯具

丙烯酸/癸二酸

特殊的保光保色性,附着力优异,易于薄涂

 

9

9

8

9

汽车轮毂的面漆

氟树脂

优良的耐酸雨、臭氧、紫外线,户外使用年限长

颜料不易分散,涂膜表面光泽低

8

8

10

10

建筑材料

          

注:1级表示zui差,10级表示。

聚氨酯粉末涂料具有优良的涂膜、的性能,已经在建材外用部件和空调等家电领域获得了广泛应用。在我国,聚氨酯粉末涂料的性能正在被人们所认识,所占的比例会逐步增加。

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