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聚氨酯粉末涂料应用和发展

http://www.pf.hc360.com2018年09月03日11:04 来源:湖北武汉蓝天化学材料公司T|T

    慧聪涂装网讯:近些年,粉末涂料在涂料行业中的地位越来越重要。粉末涂料的研发、生产工艺、涂装设备、施工应用都取得了突破性进展。目前不仅产量有了大幅度增长,而且品种也在不断增加,原来只停留在环氧树脂粉末涂料单一品种上,现在环氧聚酯混合型粉末涂料已占据了主导地位,聚酯TG1G粉末涂料、聚氨酯粉末涂料已经在国内普及,大量聚氨酯粉末涂料投入生产,丙烯酸聚氨酯粉末涂料崭露头角。在粉末涂料原材料的配套上,国内也已基本完成配套,各类助剂包括树脂、流平剂、消光剂、光亮剂、浮花剂等产品已达到国外的水平。

    1·应用领域

    1.1金属家具和交通机具

    金属家具涂料工业是粉末涂料最先进入的领域之一。混合型粉末涂料体系是主要产品类型,而聚酯/TGIC(或其替代物)体系或聚氨酯体系一般主要应用于户外家具领域;普通金属表面涂装工业是粉末涂料最大的市场,约占整个市场份额的50%。由于聚氨酯粉末涂料具有优良的耐候性、优良的物理力学性能和防腐蚀性,涂膜光亮丰满、耐磨、耐划伤、耐溶剂,流平性好、附着力强,正发展成为粉末涂料的主流,在粉末涂料中所占的比例越来越大。聚氨酯-聚酯粉末涂料是两种已经商业化的聚酯粉末涂料之一(另外一种是聚酯-异氰脲酸三缩水甘油酯(TGIC)粉末涂料)。聚氨酯固化的聚酯粉末涂料是聚氨酯-聚酯粉末涂料的主要型号,已经使用数年。这种粉末涂料的户外性能在化学上能与应用于飞机、公共汽车、货车等场合的聚氨酯涂料相媲美。另外,聚氨酯-聚酯粉末涂层坚韧、外观良好,并具有优异的耐气候性。就涂层的外观而言,聚氨酯-聚酯粉末涂层可以说是那些高质量液体涂料的真正意义上的竞争者。它们的户外应用如:院落家具、汽车轮胎和配件、除草机以及其他许多要求高质量饰面的制品。目前被广泛应用于高级家具、汽车、摩托车等产业。

    1.2家电

    家电工业也是粉末涂料重要的应用领域。在美国,在家用电器方面的应用占据整个粉末涂料市场的17%。自从人们接受稍微的橘皮效果以来,混合型粉末涂料体系在欧洲也被用作这种用途的主要产品。在美国,由于优先考虑光滑的涂饰效果,所以聚氨酯体系在家用设备方面的应用更为普遍。作为家电设备的保护性涂料,粉末涂料主要应用于以下典型产品:食品冷冻机、电冰箱、热水器、烤面包机、洗碗机盖、家用厨具,电和煤气加热器等。

    1.3涂装与建筑

    随着欧洲对聚酯/TGIC体系和美国对聚氨酯体系的广泛接受,户外应用粉末涂料市场份额正不断得以扩大。在欧洲,许多建筑上的铝合金材料是采用聚酯/TGIC体系粉末涂料进行涂装,未来5~7年,保光率为65%~85%,在10年后保光率为50%~65%。10年后涂膜厚度仅仅减少2~3μm。虽然已经找到了TGIC的替代品,例如羟基烷基酰氨或二缩水甘油酯体系的粉末涂料已占据了一定的市场,许多人使用这样的体系的粉末涂料可获得满足的结果,但聚酯/TGIC体系涂料仍保有足够的市场份额。

    粉末涂料其它的市场还包括应用于管道方面和用于增强螺纹钢筋的防腐蚀性粉末涂料。该类粉末涂料主要以纯的环氧体系(熔结型)为主。从技术的角度来看,这个领域被认为具有很大的增长空间。在涂装设备方面的最新发展是制造了更轻易被清洗、换色更快的涂装生产线;开发低温固化和高反应活性粉末涂料的趋势能提高生产线速度、节省能量、使粉末涂料在经济方面的优势更具吸引力。MDF采用粉末静电喷涂具有涂膜性能优良、施工效率高、能耗低等优点,固体分100%的粉末涂膜将木制品包封后可防止木材内部有害物质的挥发,使其成为名副其实的绿色产品。当然,需要改善的,比如粉末的化学贮存稳定性:潜催化剂、或能阻止基料在贮存温度时反应,而不影响固化条件的助剂。物理贮存稳定性:提高体系的玻璃温度,而不影响体系反应速度和体系粘度。

    纸张、塑料、木材及家具制造业也是涂料的最大用户之一。粉末涂料已成功地应用于热敏材质的涂装,并且真正实现了工业化生产。作为一支新兴的具有广阔前景的涂料品种,粉末涂料将进一步挤占液体涂料市场。UV固化粉末涂料和低温固化粉末涂料制造工艺的完善,使粉末涂料应用于热敏材质成为可能。卷钢涂装是一种预涂装,与传统的“后涂装”工艺有所不同,由于具有简化生产工艺、高效施工、节省投资和运转费用、符合环保法规要求、涂膜性能优于传统方法等一系列优势,卷钢涂料成为当今涂料行业的发展方向之一。

    2·聚氨酯粉末涂料的分类和结构特点

    2.1分类

    聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称,由多异氰酸酯和多元醇(包括含羟基的低聚物)反应生成。聚氨酯粉末涂料主要由固化剂、封闭剂和多元醇树脂组成,其中固化剂多采用内封闭型多异氰酸酯,而多元醇树脂绝大多数选用聚酯树脂。聚氨酯粉末涂料是由粉末聚氨酯树脂、固化剂(含羟基等官能团的聚合物)、颜料、填料以及助剂等组成彩色粉状混合物,其平均粒径为40~60μm。通常是将各物料高速混合后,于100~120℃挤出、冷却、粉碎、筛分而制得。聚氨酯粉末涂料有封闭性聚氨酯粉末涂料(聚酯-氨基甲酸酯型粉末涂料、丙烯酸-氨基甲酸酯粉末涂料)和紫外光固化粉末涂料。常见的聚氨酯粉末涂料有如下三大系列。

    2.1.1封闭型聚氨酯粉末涂料系列

    这类粉末涂料的配制和应用原理与封闭型聚氨酯涂料相同,常用适当的封闭剂和二异氰酸酯及其加成物或预聚体进行反应,进而形成不含NCO基的封闭型聚氨酯,在制粉工艺的温度(100~120℃)下是稳定的,可与含活性氢的固化剂、颜料及助剂一起制粉。当温度高于130℃时,这种封闭型聚氨酯会解封,而解封后的NCO基会立即和固化剂反应,形成稳定性更高的聚氨酯涂层。使用被封闭的IPDI或HDI缩二脲,可制得耐候性很好的高装饰性粉末涂料。甲苯二异氰酸酯及其加成物的价格较低,因此也常采用。为了提高其耐热性和改善其耐候性,常将TDI三聚后再封闭,以保证利用活性较大的对位NCO来进行固化成膜。三聚后的叔氮原子被异氰脲酸酯环所稳定,不易受紫外光的作用重排成醌式助色基团,因此聚氨酯粉末涂层的耐候性得以改善。

    2.1.2带羧基、羟基、环氧基、氨基的聚氨酯粉末涂料系列

    封闭型聚氨酯粉末涂料在固化时有封闭剂释放出来,往往会污染大气和有损涂膜外观。为克服其缺陷,选用合适的原料,采用分步反应的方法,制备含有大量氨基甲酸酯键产带有羧基(COOH)、羟基(OH)、环氧基及氨基(NH2)的各类聚氨酯树脂,然后以含有环氧基的环氧树脂、异氰脲酸三缩水甘油酯、聚丙烯酸环氧酯、环氧聚氨酯、含羧基酸酐、羧基型聚酯树脂、羧基型丙烯酸酯、含羟基的脲醛树脂、聚酯树脂、N-酰基酰亚胺树脂以及N-酰基内酰胺树脂为固化剂,视聚氨酯树脂上所带官能基的不同选择合适的固化剂品种。采用此法制备聚氨酯粉末涂料时,因可供选择的原料品种很多,配方挑选余地大,故可按不同的使用要求进行配方设计,以制备出具有各种优异性能的一系列聚氨酯粉末涂料。

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