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耐候性粉末涂料種類及性能介紹

日期:2023/04/06 11:33:19

    20 世紀(jì) 40 年代,聚乙烯( PE )獲得工業(yè)化生產(chǎn),隨之產(chǎn)生了 PE 粉末,采用火焰法噴涂。 50 年代,歐洲開始研制并生產(chǎn)熱固性環(huán)氧( Epoxy )粉末涂料。 70年代,連續(xù)出現(xiàn)兩次石油危機(jī),促使人們從節(jié)能和有效利用有限資源的角度考慮,先后研制出環(huán)氧 / 聚酯型 ﹑ 聚酯型 ﹑ 聚氨酯型 ﹑ 丙烯酸型等各類熱固性粉末涂料。其間熱塑性粉末涂料如聚丙烯( PP ) ﹑ 聚氯乙烯( PVC ) ﹑ 聚酰胺(尼龍) ﹑ 乙烯 - 乙酸乙烯共聚物( EVA ) ﹑ 聚苯硫醚( PPS ) ﹑ 氟樹脂等也獲得了一定的發(fā)展。

 

    90 年代后期,為適應(yīng)新的安全或耐候性要求,歐美國(guó)家又相繼開發(fā)了一些具有特殊性能的粉末涂料品種,如低分子量環(huán)氧化合物固化聚酯,熱固性氟樹脂粉末,丙烯酸 / 聚酯粉末。

 

    進(jìn)入新的世紀(jì),新的粉末技術(shù)和品種更是層出不窮,粉末市場(chǎng)變得越來越大,也變得

越來越復(fù)雜。中國(guó)粉末涂料經(jīng)過近 10 年的快速發(fā)展,幾乎所有的粉末品種都能在市場(chǎng)中找到。整個(gè)粉末涂料市場(chǎng)也將趨于更加細(xì)化,其中耐候性粉末增長(zhǎng)幅度要快于其它品種。

 

    ? 為什么要考慮粉末涂料的耐候性?

 

    無(wú)論哪一種粉末涂料都是由基料(樹脂 ﹑ 固化劑) ﹑ 顏料 ﹑ 助劑 ﹑ 填充料四

部分組成。

 

    粉末涂料一經(jīng)配方確定,并施工于工件上后,涂層即被賦予了一定的物理化學(xué)性能,

這些性能在外部自然環(huán)境中,經(jīng)過一段時(shí)間會(huì)發(fā)生哪些變化,涂層最終失去效用要多長(zhǎng)時(shí)間,哪些因素對(duì)涂層的破壞性最強(qiáng),等等,這些都是大家非常關(guān)注的。

 

    粉末涂料由于具有明顯的環(huán)保和節(jié)能優(yōu)勢(shì),在許多工業(yè)領(lǐng)域已逐步代替油漆,如家用

電器幾乎 100% 用粉末涂料來涂裝外殼,用于家用電器的粉末約占整個(gè)粉末產(chǎn)量的四分之一。

 

    自改革開放以來,我國(guó)各項(xiàng)事業(yè)都取得了巨大成就,現(xiàn)在相關(guān)于耐候性粉末涂料就有著巨大的市場(chǎng)和商機(jī),主要市場(chǎng)有: ① 空調(diào)。 ② 鋁型材。 ③ 汽車工業(yè)。 ④ 高速公路建設(shè)。 ⑤ 戶外用家具及燈具等。提高粉末涂料的內(nèi)在質(zhì)量,延長(zhǎng)涂料的使用壽命也即能為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和廣大用戶帶來切實(shí)利益。

 

    ? 耐候性粉末涂料品種介紹

 

    一.熱塑性粉末涂料

 

    ? 聚乙烯粉末涂料( PE )

 

    這是開發(fā)應(yīng)用最早的粉末,在熱塑性粉末中產(chǎn)量最大,用途最廣。多采用低密度聚乙烯,具有許多優(yōu)點(diǎn):

 

    ① 涂層耐水,耐酸堿。

 

    ② 涂層具有良好的隔熱和電絕緣性能。

 

    ③ 涂層拉伸強(qiáng)度,柔韌性及抗沖擊性很好。

 

    ④ 原料來源豐富,價(jià)格低,無(wú)毒。

 

    ⑤ 受紫外線照射易開裂,不能長(zhǎng)期用于戶外,在戶外建筑場(chǎng)合能用 3-4 年。

 

    ⑥ 抗低溫性好, -30°C 保持 400 小時(shí)以上無(wú)開裂,可用于北方嚴(yán)寒的環(huán)境。

 

    ? 聚氯乙烯粉末涂料( PVC )

 

    PVC 粉末具有許多特點(diǎn):

 

    ? 顏色配制范圍寬。

 

    ? 涂層耐溫性好,并耐酸堿和鹽水噴霧。

 

    ? 耐醇類,汽油,芳烴類溶劑。

 

    ? 絕緣性好。

 

    ? 原料豐富。

 

    ? 聚酰胺(尼龍)

 

    依據(jù)原料可分為: ① 尼龍 1010 (國(guó)產(chǎn))。 ② 尼龍 11 和 12 (進(jìn)口)。

 

    尼龍粉末具有獨(dú)特的耐磨性和物理機(jī)械性能。戶外耐久性也非常突出。

 

    ? 聚酯粉末涂料

 

    由飽和聚酯,顏填料,流平劑及其它助劑構(gòu)成,粉末軟化點(diǎn)高, Tg 也高,儲(chǔ)存穩(wěn)定性非常好。具有很好的機(jī)械性能和耐化學(xué)藥品性,但不耐熱和溶劑??捎糜谧儔浩魍鈿?,馬路護(hù)欄,儲(chǔ)槽等。

 

    5 .氟樹脂粉末涂料

 

    氟樹脂種類很多,能用作粉末的主要有聚偏氟乙烯( PVdF ),這種涂料耐熱性 ﹑機(jī)械性能和戶外耐久性都非常突出。廣泛用在耐高溫 ﹑ 抗劃傷 ﹑ 抗粘貼及超耐候等方面。國(guó)外已多次報(bào)道過將這種粉末用于超高層建筑上。

 

    二.熱固性粉末涂料

 

    能夠適應(yīng)戶外應(yīng)用條件的熱固性粉末涂料有以下品種:

 

    ? 聚酯 / 異氰脲酸三縮水甘油酯( TGIC )

 

    異氰脲酸三縮水甘油酯( TGIC )作固化劑的聚酯粉末涂料是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的耐候性粉末。

 

    TGIC 環(huán)氧值 >0 . 92 ,熔點(diǎn) 95°C ,白色粉末。

 

    通常 TGIC 與低酸值的羧基聚酯配合,兩者的品種和質(zhì)量對(duì)粉末涂層的耐候性有重大影響,如何選擇聚酯和 TGIC 以滿足高耐候要求,請(qǐng)參看〈鋁型材用粉末涂料的研制〉一文。

 

    這類粉末具有很多優(yōu)點(diǎn):

 

    ? 涂層光滑致密,無(wú)針孔等弊病。

 

    ? 耐熱性較好,烘烤過程不易泛黃。

 

    ? 物理化學(xué)性能好。

 

    ? 可配制各類顏色和花紋。

 

    但 TGIC 對(duì)皮膚有刺激,其毒性問題一直很突出,歷來頗有爭(zhēng)議,許多國(guó)家都在開發(fā)替代品。

 

    ? 聚酯 / 羥烷基酰胺( HMMA )

 

    羥烷基酰胺( HMMA )一般商品號(hào)有:羅門哈斯( Rohm and Hass )公司的

  Primid XL552 ,臺(tái)灣優(yōu)美特公司的 Eumate 350 ,寧波南海藥化的 T105M 以及常州

 牛塘的 NT552 等。

 

    外觀為淡黃至白色粉末,熔點(diǎn) 110-120°C ,羥值 80-90mgKOH/g 。

 

    羥烷基酰胺反應(yīng)活性比 TGIC 強(qiáng),可在較低溫度下固化,所配制的粉末 Tg 比 TGIC 系的略高,儲(chǔ)存性要好。

 

    羥烷基酰胺在固化聚酯的過程中釋放水等小分子化合物,涂層過厚即容易出現(xiàn)針孔。

耐熱性較 TGIC 系為差。羥烷基酰胺配制的高光平面粉末,表面不夠致密,影響了裝飾性,多用于生產(chǎn)砂紋 ﹑ 錘紋等不要求平整外觀的粉末。

 

    羥烷基酰胺系列粉末可用摩擦槍噴涂。

 

    經(jīng)多年跟蹤測(cè)試,羥烷基酰胺系列粉末具有與 TGIC 系列粉末相當(dāng)?shù)膽敉饽途眯浴?/p>

 

    ? 聚酯 / 低分子量環(huán)氧樹脂( PT910 )

 

    PT910 是瑞士汽巴( Ciba )公司推出的新型聚酯固化劑,熔點(diǎn) 95-105°C ,環(huán)氧當(dāng)量 141-154 。與其配合的聚酯一般都經(jīng)過專門選擇(盡量選用高 Tg 的聚酯),如比利時(shí)優(yōu)西比( UCB )的 CC800 , CC802 等。

 

    用 PT910 配制的粉末除耐候性稍差外,其它各項(xiàng)性能很好。

 

    ? 羥基聚酯 / 四甲氧基甲基甘脲( Link 1174 )

 

    Link1174 由美國(guó)氰特( Cytec )公司推出。

 

    在磺酸類催化劑的作用下,可固化羥基聚酯,固化過程釋放甲醇,涂層過厚會(huì)出現(xiàn)針孔或起泡。粉末儲(chǔ)存性比較差,夏天易結(jié)塊。

 

    ? 聚氨酯粉末涂料( PU )

 

    PU 粉末由封閉型異氰酸酯固化羥端基聚酯而得。

 

    作為固化劑的封閉型異氰酸酯主要有芳香族和脂肪族兩種。芳香族耐候性較差,主要用于室內(nèi)防腐蝕,抗污染等方面,如微波爐的門,書寫白板等。

 

    PU 粉末適于戶外應(yīng)用,最多采用的是封閉型異佛爾酮二異氰酸酯(封閉劑解離溫度為 140°C 左右)作固化劑。著名的品牌是德國(guó)赫斯( Huls )的 IPDI B-1530 和 BF1540 。價(jià)格貴,粉末廠很少選用。

 

    PU 粉末的優(yōu)點(diǎn):

 

    — 粉末固化前有充分的流平時(shí)間,體系粘度低,故流平特別好,可與液體涂料相媲美。

 

    — 配制范圍比 TGIC 系要寬。

 

    — 粉末容易噴涂。

 

    PU 粉末在固化時(shí)釋放封閉劑,氣味難聞,容易污染空氣。

 

    ? 丙烯酸粉末涂料( Acrylic/DDDA 和 Acrylic/Polyester )

 

    這類粉末多采用縮水甘油酯型丙烯酸樹脂 ﹑ 由甲基丙烯酸甲酯 ﹑ 甲基丙烯酸縮水甘油酯 ﹑ 丙烯酸丁酯 ﹑ 苯乙烯等聚合而成。

 

    高光澤體系一般采用二元羧酸作固化劑。常用的是癸二酸( DDDA )。該體系粉末耐熱,烘烤不易泛黃,附著力好,易于薄涂,有突出的保光保色性,最適于戶外高裝飾性涂裝。但成本較高。

 

    亞光無(wú)光系列多采用低酸值的聚酯作固化劑,表面細(xì)膩,手感柔和,但機(jī)械性能差,不耐刮。固化時(shí)反應(yīng)機(jī)理較復(fù)雜,兩種樹脂的配比難掌握,在技術(shù)和生產(chǎn)上有難度,能熟練應(yīng)用這種技術(shù)的粉末廠很少。

 

    同樣,該系列產(chǎn)品由于價(jià)格原因,還不能普遍推廣。

 

    ? 氟樹脂粉末涂料

 

    雖然熱塑性的氟樹脂涂料( PVdF )具有很佳的耐候性,但生產(chǎn)過程顏料分散差,涂層表面光澤低,須高溫烘烤,應(yīng)用上受到了限制。

 

    近年來,已有廠家把氟樹脂制成溶劑型涂料,用于高層建筑材料上。(即現(xiàn)正流行的氟碳漆)。

 

    工業(yè)化的熱固性氟樹脂粉末的主要成膜物質(zhì)是含羥基的氟樹脂和封閉型異氰酸酯固化劑,可以制成透明粉,儲(chǔ)存性好。具有良好的綜合機(jī)械性能,耐酸雨 ﹑ 臭氧 ﹑ 紫外線。戶外使用年限長(zhǎng),可達(dá) 30 年。

 

幾種粉末涂料綜合比較

性 能

 

類 別

P/TGIC

P/HMMA

P/PT910

P/Link1174

PU

Acrylic/DDDA

Acrylic/Polyester

F/IPDI

外觀

8

6

8

7

10

9

8

8

機(jī)械性能

8

8

7

8

7

9

5

8

耐化學(xué)品

7

7

8

8

9

8

4

10

耐候性

8

8

6

8

8

9

8

10

綜合成本

6

7

6

6

5

6

6

5

應(yīng)用舉例

空調(diào),建材

建材,沙灘椅

沙灘椅,草坪燈

燈具,路燈桿

建材,汽車部件

建材,汽車輪箍和面漆

家具,建材

建筑材料

   

    注: ① P 表示聚酯樹脂, F 表示氟樹脂。

 

    ② 1 級(jí)最差, 10 級(jí)最好。

 

    ? 影響粉末涂料耐候性的多種因素

 

    粉末涂料是基于石油化工的新型材料,由低分子量的樹脂,輔以助劑 ﹑ 顏填料等,在一定條件下固化后具有一定的外觀 ﹑ 光澤﹑顏色。當(dāng)一個(gè)物件,如空調(diào)外殼,建筑型材經(jīng)粉末涂裝后置于室外的自然環(huán)境中,其涂膜必然受到各種因素的侵?jǐn)_,像陽(yáng)光照射,酸雨的沖刷等,經(jīng)過一段時(shí)間,涂膜將發(fā)生一系列的變化,可表現(xiàn)為光澤下降,顏色變暗淡,涂層表面出現(xiàn)銹點(diǎn)或裂紋,開始輕微粉化 ……

 

    粉末涂料一經(jīng)固化,其低分子樹脂因發(fā)生化學(xué)交聯(lián)而變成具超高分子量的體型聚合物,這樣它就有了彈性 ﹑ 韌性 ﹑ 耐化學(xué)品等一系列性能。

 

    從微觀的角度看,涂膜好似立體交叉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),主要框架是樹脂交聯(lián)后形成的高分子聚合物,在框架中間充滿著諸如顏料 ﹑ 填料粒子和其它涂料組份。涂料表面經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間光照后即會(huì)出現(xiàn)“斑蝕”,逐漸“粉化”,研究表明,粉末涂層的粉化主要從顏料微粒開始,特別是顏料成團(tuán)的地方,這是一個(gè)光化學(xué)過程。

 

    高分子在熱 ﹑ 氧和光的作用下的老化主要通過自由基歷程進(jìn)行。上面講的涂層中的網(wǎng)狀聚合物,是由無(wú)數(shù)根分子鏈通過各種化學(xué)鍵連接在一起,這些化學(xué)鍵上有的含氫 ﹑氧﹑ 雙鍵等,它們很活潑,氫容易失去,形成自由基。自由基與氧結(jié)合成為過氧自由基,可能與其它分子反應(yīng)變成氫過氧化物,使得聚合物鏈發(fā)生斷裂,這樣涂料即開始老化,而出現(xiàn)降光澤,粉化等現(xiàn)象。

 

    影響涂料使用壽命的因素很多,概刮起來大致有:紫外線(尤其是波長(zhǎng)接近313nm ) ﹑濕度﹑臭氧﹑高溫﹑酸雨﹑工業(yè)廢氣等。

 

    ? 如何測(cè)試粉末涂料的耐候性

 

    涂料的耐候性測(cè)試及評(píng)定,必須有充分的依據(jù),不是憑空捏造出來的。

 

    現(xiàn)在國(guó)際上普遍推廣兩種方法:自然曝曬和人工加速老化試驗(yàn),并強(qiáng)調(diào)兩種試驗(yàn)方法要結(jié)合起來,綜合考慮,以得出更加可靠的結(jié)論。

 

    自然曝曬以美國(guó)佛羅里達(dá)州曝曬為標(biāo)準(zhǔn),該州位于美國(guó)的最南端,周邊是大海,全年陽(yáng)光充足而強(qiáng)烈,空氣中水份和鹽份很高,相對(duì)于地球上其它地方,除少部分具極端氣候現(xiàn)象外,這里的自然條件對(duì)于涂料來說可算是很嚴(yán)酷的環(huán)境。

 

    將制好的標(biāo)準(zhǔn)樣板,插入曝曬架上,朝南 5° 或 45° 角,定期測(cè)試光澤和顏色變化,并記錄。一般試驗(yàn)期以年為單位,試驗(yàn)結(jié)束,可繪制涂層光澤和顏色變化曲線。

 

    自然曝曬準(zhǔn)確直觀,數(shù)據(jù)可信,但試驗(yàn)周期過長(zhǎng),不能很快地指導(dǎo)科研和生產(chǎn),由此絕大部分的相關(guān)試驗(yàn)都采用人工加速老化來完成。

 

    人工加速老化試驗(yàn)?zāi)M自然條件,如控制一定的溫度 ﹑ 濕度和降雨周期,并選用不同波長(zhǎng)的光照射以模擬陽(yáng)光,試驗(yàn)周期短,通常只用 200-1000 小時(shí),很快就能得出結(jié)論。

 

    人工加速老化試驗(yàn)采用的光源有很多,常見的有:氙弧太陽(yáng)光,熒光紫外線,碳弧燈。

 

    中國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定了用于涂料老化測(cè)試的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn):

 

    GB/T1865-1997 《人工氣候老化和人工輻射暴露(濾過的氙弧輻射)》(詳見附錄一)

 

    GB/T16585-1996 《硫化橡膠人工氣候老化(熒光紫外燈)試驗(yàn)方法》

 

    這兩種方法都能檢測(cè)粉末涂料的耐久性,氙弧輻射光照溫和,對(duì)顏料 ﹑塑料 等更適合,測(cè)試周期要長(zhǎng)一些。熒光紫外燈加速性好,適于快速檢驗(yàn),紫外線波長(zhǎng)選擇范圍寬,能適應(yīng)多種檢測(cè)要求。

 

    也有加速自然曝曬試驗(yàn),如 EMMAQUA 試驗(yàn)(在美國(guó)亞利桑那),使用特殊的反射鏡來強(qiáng)化太陽(yáng)光,并結(jié)合以周期噴霧和溫度控制。據(jù)觀察,該法與佛羅里達(dá)曝曬有良好的關(guān)聯(lián)性,而老化速度快 5-6 倍。

 

    任何加速老化試驗(yàn)都只能作參考,不能迷信測(cè)試結(jié)果。這些試驗(yàn)僅是模擬自然條件,而實(shí)際條件千差萬(wàn)別,老化試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際使用結(jié)果有時(shí)差別非常大。所以粉末涂料的耐候性好壞必須以實(shí)際使用的效果為準(zhǔn)。