粉末涂料应用十分普及,在许多领域正在逐步替代含溶剂涂料等传统涂料,几十年的发展,粉末涂料技术已很成熟,这里简要介绍基本配方(通用型)设计和部分重点市场的配方设计(实用型)、试验过程等。
一、 粉末涂料基本配方设计要点
1、 环氧型粉末涂料
环氧粉末是热固性粉末最早研发和形成市场的粉末品种,一般是基于双酚A型环氧树脂,按照常见的看法。环氧粉末分为功能型和装饰型两类。、
功能型环氧粉末近年来发展迅速,主要应用在防腐(输油输气、管件和阀件、钢筋等)领域、电子(元件等)和电气领域(汇流排和母线等)。功能型环氧粉末的基础树脂除双酚A型环氧树脂,也经常采用改性环氧如酚醛环氧树脂、橡胶弹性体环氧树脂等,具体在后面“功能型环氧粉末”有较具体的叙述。
装饰性环氧粉末目前并不普及,一般应用于特殊效果如水纹(绵绵漆)和裂纹粉末、浴室把手罩光透明粉和铸铁件表面花纹(如缝纫机机头用皱纹)等。
凡是在一定温度(110~200℃)下能与环氧基反应的化合物,都可以作为环氧粉末的固化剂,而事实上适合环氧粉末的固化剂主要品种有胺类(双氰胺、改性或加速双氰胺),酸酐(芳香族酸酐、脂环族酸酐等)酰肼(葵二酸二酰肼、己二酸二酰肼等)、咪唑类(往往作促进剂)和有机酚类固化剂等几类,根据不同的技术要求而选择相应的固化剂,同时要选择合适的固化促进剂配合,满足各种实际需要和固化条件,促进剂也有很多种类,如乙酰丙酮金属盐【M(AA)n】、三苯基膦(TPP)及其鏻盐、芳基异氰酸酯的加成物(取代脲)、2-苯基咪唑啉以及二甲基咪唑等。
2、 环氧/聚酯型(混合型)粉末
当前在国内还是生产量***和使用面最宽的品种。配方设计主要从涂层各项性能要求和售价成本入手。相关技术和配方在前后有关章节中有具体说明。
二、常见配方
实用型主要以耐候性粉末、白色家用电器粉末(以微波炉为例)、基础美术型粉末、户内外高透明粉末为基本内容,针对功能型粉末再作重点介绍,这是由于功能型粉末(以环氧粉末为主)实际应用领域和市场近来扩展很快,用途和性能不断提高,是目前重要的研发方向之一,同时也是能够取得较好经济效益的重要途径。
(一) 耐候性粉末(以建筑铝型材为例)
建筑型材以优异的耐久性、装饰性和加工成型性,广泛应用于建筑物的各个方面。而铝合金型材又因加工性能佳、质轻等优点,用量占金属型材的80%以上,粉末涂料在铝型材方面的应用得到了迅速增长。目前,铝型材表面处理是阳极氧化、电泳涂装及粉末喷涂三种处理方式,每一种方式都各有优势,就环保方面看,粉末涂料更具优势,同时粉末涂料在色彩、花纹、光泽度等方面可选择性好,得到了各行人士的喜爱。具有代表性的粉末涂料品种有环氧型、聚酯型、丙烯酸型及有机硅树脂型等。作为实际应用,如铝框架、门窗、阳台、走廊、隔墙板等高防腐蚀性铝型材,大多数采用聚酯、丙烯酸粉末涂料;此外,由于环氧树脂粉末涂料具有优异的附着性、防腐蚀性,但耐候性较差,用于户内或者作为底漆。
建筑型材粉末涂料选用的聚酯树脂为饱和型的,按其端基分为端羧基型(—COOH)和端羟基型(—OH)两类。低酸值(20~45mgKOH/g)的聚酯用异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)、羟基酰胺作固化剂(Primid或HAA),端羟基(—OH)聚酯采用已内酰胺封闭的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)多元醇预聚物作固化剂,制备耐候性卓越的纯聚酯粉末涂料。
根据粉末涂料耐候要求,国外通常按照佛罗里达天然曝晒测试结果分成三级:
1. 标准型耐候粉末涂料(可以通过佛罗里达曝晒实验标准1~2a)
2. 改进型耐候粉末涂料(可以通过佛罗里达曝晒实验标准2~3a)
3. 超耐候型耐候粉末涂料(可通过佛罗里达曝晒实验标准5a以上)
国内我们一般依据GB/T 1865-1997《色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露》(滤过的氙弧辐射),对相应的粉末涂料作耐候性评估。
设计耐候好的型材粉末涂料,***步是原辅材料的选择,没有性能可靠的材料,就无法保证粉末的基本品质。根据国内各地气候条件,这里我们提供比较适合的原料选择,见表11-5。较典型的白色和灰色参考配方见表11-6。
表11-5 铝型材粉末原料选择
型号 | 特征简述 | 适用范围 | 供应商 |
聚酯树脂选择 | |||
P5200 | 羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g | 通用耐候粉末,高光和平光,适于静电喷涂,普通流平,TGIC固化 | 昆山 DSM |
P5201 | 羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g | 通用耐候粉末,高光和平光,适于摩擦带电喷涂,普通流平,TGIC固化 | 昆山DSM |
EL6600 | 羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g | 耐候性稍低,高光和平光,适于静电喷涂,普通流平,TGIC固化 | 广州南方树脂 |
P855 | 羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g | 通用耐候粉末,静电摩擦都适用,多用于砂纹和皱纹粉,用烷基酰胺固化 | 昆山DSM |
P9335 | 羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g | 与P5200接近,价格有优势,TGIC固化 | 杭州中法 |
P3005 | 羧基聚酯树脂,酸值约35mgKOH/g | 透明粉专用,适于静电喷涂,TGIC固化,流平稍差 | 昆山DSM |
CE3099 | 羧基聚酯树脂,酸值约27mgKOH/g | 耐候性稍低,静电摩擦都适用,多用于砂纹和皱纹粉,用烷基酰胺固化 | 浙江天松 |
固化剂选择 | |||
PT710 | 白色颗粒,EEW约110,熔点约92℃ | 低酸值聚酯树脂固化剂,用于耐候性好的粉末,流平性中 | 瑞士汎达 |
PT810 | 白色颗料,EEW约108,熔点约96℃ | 低酸值聚酯树脂固化剂,用于耐候性好的粉末,流平性好 | 瑞士汎达 |
TGIC | 白色粉状,EEW约110,溶点约93℃ | 低酸值聚酯树脂固化剂,耐候性同PT710,流平性中 | 常州牛塘 |
XL552 | 白色粉状,羟值约84mgKOH/g,溶点约122℃ | 低酸值聚酯树脂固化剂,耐候性同PT710,多用于砂纹和皱纹 | 美国罗门哈斯 |
T105M | 白色粉状,羟值约84mgKOH/g,溶点约122℃ | 低酸值聚酯树脂固化剂,耐候性同国产TGIC,多用于砂纹和皱纹 | 宁波南海化学 |
AG500 | GMA型丙烯酸树脂,EEW约530 | 羧基聚酯消光固化剂,可得30。以下的任何光泽 | 广州南方树脂 |
B1530 | 灰白色固体 | 羟基聚酯固化剂,流平好,耐候性高 | 德国赫斯 |
主要助剂选择 | |||
BENZOIN | 安息香(苯偶因),粉末脱气剂 | 用于平光类粉末,消除涂料固化过程中的气泡 | 宁波南海化学或韩国美源 |
PV88 | 丙烯酸酯类流动助剂,为均聚物 | 用于平光类粉末,消除涂料固化过程中的流平缺陷如缩孔和麻点等 | 德国获利化学 |
PC-100 | 丙烯酸酯类流动助剂,为共聚物 | 用于平光类粉末,消除涂料固化过程中的流平缺陷如缩孔和麻点等 | 广州南方树脂 |
9615A | 酰胺改性的聚乙烯蜡 | 提高涂层抗划伤性和粉末音的滑爽性 | 德国科莱恩 |
PE520 | 低分子量聚乙烯 | 提高涂层抗划伤性和粉末音的滑爽性 | 德国科莱恩 |
TEX61 | 聚四氟乙烯蜡,白色粉状 | 加入配方中得到砂纹 | 美国三叶 |
TF1830 | 聚四氟乙烯蜡,白色粉状 | 加入配方中得到砂纹 | 德国路博润 |
CAB-551-0.2 | 醋丁纤维素,白色粉状,熔点140℃ | 加入配方中得到锤纹 | 美国伊士曼 |
BP-881 | 钠基有机硼润土,浅黄色粉末 | 起砂助剂,一般加入量为0.5%~3% | 浙江华特 |
R-972 | 气相二氧化硅,白色微细粉末 | 提高粉末的流动性和带电性 | 德国德固萨 |
Oxide C | 气相三氧化二铝,白色微细粉末 | 提高粉末的流动性和摩擦带电性 | 德国德固萨 |
DT3329 | 改性低分子量蜡消光剂 | 降低粉末涂层的光泽 | 瑞士汎达 |
Tinuvin 144 | 紫外线吸收剂 | 适于透明粉末涂料,提高涂料的抗老化性能 | 瑞士汎达 |
Castor Oil | 氢化蓖麻油 | 调整粉末的流动性和改善粉末的边缘包覆力 | 国产 |
钛白粉 | |||
CR-828 | 金红石型钛白粉,含量93% | 白色颜料,优良的耐候性 | 美国科美基 |
R-706 | 金红石型钛白粉,含量94% | 白色颜料,优良的耐候性 | 美国杜邦 |
ZR-940+ | 金红石型钛白粉,含量94% | 白色颜料,优良的耐候性,分散性好 | 镇江太白 |
填料 | |||
TL-2500 | 多孔粉石英粉,粒径偏细 | 降低成本,提高粉末的硬度、吸附。有一定的消光作用 | 华纳精工 |
TL-1250 | 多孔粉石英粉,粒径中等偏细 | 降低成本,提高粉末的硬度,增加粉末涂料物理力学性能 | 华纳精工 |
TL-400 | 多孔粉石英粉,400目 | 填充料,降低成本,代替硫酸钡达到环保要求 | 华纳精工 |
颜料 | |||
330R | 炭黑,蓝相 | 黑色颜料 | 华纳精工 |
MA-100 | 炭黑,红相 | 黑色颜料 | 华纳精工 |
4920 | 氧化铁黄 | 黄色颜料,较灰暗 | 德国拜尔 |
3110 | 氧化铁红 | 红色颜料,较灰暗 | 德国拜尔 |
5019 | 柠檬铬黄 | 黄色颜料,较鲜艳 | 加拿大DCC |
5034 | 中铬黄 | 黄色颜料,较鲜艳 | 加拿大DCC |
103 | 中铬黄 | 黄色颜料,较鲜艳 | 上海 |
502 | 柠檬铬黄 | 黄色颜料,较鲜艳 | 上海 |
Cr2O3 | 三氧化二铬 | 氧化铬绿,较鲜艳 | 上海凯丽 |
GMX-15-SQ | CI 黄34 | 康纳铬黄 | 瑞士汽巴 |
GLH-74-SQ | CI 红34 | 康纳钼铬红 | 瑞士汽巴 |
3230S | 钼铬红 | 红色颜料,较鲜艳,耐光性好 | 德国巴斯夫 |
635T | 氧化铁棕 | 棕色颜料,较灰暗 | 德国拜尔 |
Violet B | 永固紫 | 紫色颜料 | 瑞士汽巴 |
GNX | 酞菁绿 | 绿色颜料 | 德国科莱恩 |
Orange G | 有机橙 | 橙色颜料 | 德国赫司特 |
Yellow 10G | 有机黄 | 黄色颜料 | 德国赫司特 |
SG-721 | 酞菁绿 | 绿色颜料 | 日本油墨 |
L7072D | 酞菁蓝 | 蓝色颜料 | 德国巴斯夫 |
表11-6 较典型的白色和灰色参考配方(高光型)
组份 | 质量份 | 组份 | 质量份 | |
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 | |
-- | -- | 黄45-SQ | 1 | |
合计 | 528.3 | 合计 | 966.9 |
依照上述配方经标准工艺生产和严格检验,粉末具有性能如下:
1. 具有十分优异的柔韧性,防腐蚀性;
2. 卓越的户外耐候性(抗紫外光降解),十分优良的装饰性和经济效益;
3. 该产品与铝材及镀锌底层有良好的附着力,无需底漆;
4. 涂膜的物理机械性能和耐化学药品性能好。
详细性能指标如下:
外观(目测) 色泽均匀疏松
密℃ 1.2~1.6g/cm3
粉末细℃(180目筛余物) <0.5%
储存稳定性(35℃以下) 12个月
试验项目 Qualicoat 指标
涂膜厚℃ 60~80um
60。光泽度 >85%(高光)
抗冲击性能 490N·cm
弯曲性能 3mm
杯突试验 ≥7mm
附着力(划格法) 0级
压痕硬度 ≥80
耐盐雾试验(1000h) 在10cm划痕中有小于16mm2腐蚀
耐候试验 1年,朝南倾角5。清洗样品测试保光率≥50%
人工加速老化试验(1000h) 失光率≤50%(依据GB/T 1865-1997)
其涂装方法:采用认可的涂装机械,按照产品说明和技术说明在正常条件下进行施工,该产品可形成平整有光或无光的涂层,完全符合甚至超过Qualicoat标准的技术指标。
推荐固化条件:190℃/20min,200℃/15min.。