第二章熱固性粉末涂料

1、學(xué)習(xí)本章你將了解到以下幾點(diǎn)：1、粉末涂料用的原料有哪些？2、一個(gè)配方的組成3、熱固性涂料如何成膜4、如何評(píng)價(jià)粉末涂料質(zhì)量好壞?第一節(jié)粉末涂料的原料粉末涂料是個(gè)多種組分的混合物，一般由基料（樹脂+固化劑）、填料、顏料和助劑組成。原料雖只有四大類，每一類卻有許多種，把每種有不同的應(yīng)用配比，所構(gòu)成的涂料可以是千千萬(wàn)萬(wàn)種。一、基料Binder:又稱成膜物，是形成連續(xù)膜附著于底材，將各組分結(jié)合在一起成膜的粘結(jié)劑?；显诤艽蟪潭壬献笥抑磕ば阅?，基料主要由樹脂Resins和固化劑構(gòu)成，（樹脂是一類高分子聚合物的統(tǒng)稱，又有聚酯、環(huán)氧、丙烯酸樹脂等等固化劑Crosslinker、Hardener：?jiǎn)渭兊臉渲?/p>

2、一類脆硬的物質(zhì)，這類物質(zhì)是不能作為涂膜的。固化劑的作用就是跟樹脂反應(yīng)（反應(yīng)必須在特定的條件下才發(fā)生，比如加熱），兩者結(jié)合在一起提高樹脂各分子之間的結(jié)合程度，從而形成網(wǎng)狀的整體。由原來脆硬遇熱變軟的樹脂變成堅(jiān)韌不能再熔融的涂膜。所以這類能跟樹脂反應(yīng)，使之交連固化的物質(zhì)稱為固化劑。雖然每種樹脂與對(duì)應(yīng)固化劑反應(yīng)各不相同，但都是上圖所示，這樣一個(gè)聚合反應(yīng)過程。這個(gè)轉(zhuǎn)，則最終固化劑和變過程中溫度很重要，如果溫度達(dá)不到要求，時(shí)間不夠長(zhǎng)（就像炒菜時(shí)火候不夠）樹脂結(jié)合的程度達(dá)不到堅(jiān)韌的要求，不合格（生的）常用的幾種樹脂，參見本章后的附錄。二、顏料：分散于涂膜基料中，賦予涂膜色彩和不透明性。單純由基料、無(wú)顏料的

3、涂料形成的涂膜是透明的，而大多數(shù)場(chǎng)合我們希望涂料能提供各種色彩，達(dá)到一個(gè)裝飾的目的。所以有色涂料里顏色是必不可少的組分。每種顏料都有特定的視覺特性和物理特性，同樣是紅色顏料，首先是視覺感覺卻不一樣。其次在特定場(chǎng)合，比如高溫，有許多顏料就會(huì)遇高溫分解變色，有些高吸油量的顏料會(huì)造成涂膜流平變差，所以顏料也不是簡(jiǎn)單的添加多少的事情。后續(xù)章節(jié)會(huì)有介紹。三、填料：作用涂料的填充料，作用一是降低成本、二是改善涂膜某些性能，常用的BaS04、CaC03、高嶺土、石英砂等。適當(dāng)?shù)奶砑佑操|(zhì)填料，能提高涂膜的硬度，但過量會(huì)導(dǎo)致堅(jiān)韌下降，要在保障性能前提下降低成本。四、助劑：在涂料中用量很少的材料，使涂料改變某些性

4、能，量少而非常明顯地改善涂料的某些性能。比如說產(chǎn)生特殊的表面紋理，或是使表面更加平整等等。大多數(shù)涂料是復(fù)雜的混合物，這四大類物質(zhì)下面有許多種類，他們之間的組合可能是無(wú)限的,不同的應(yīng)用也是無(wú)限的。第二節(jié)一個(gè)配方的組成及種類F面是一個(gè)粉末涂料的配方：樹脂600透明粉當(dāng)中樹脂含量最大固化劑32熱塑性粉末為0%;混合型當(dāng)中作為固化劑的環(huán)氧樹脂含量能到50%填料硫酸鋇350透明粉、錘紋粉0%,砂紋、皺紋粉中高達(dá)50%紅色顏料3純白色鈦白粉能到30%黑色顏料5助劑10量少作用大，粉末涂料的味精共計(jì)1000（以上計(jì)質(zhì)量分，單位g）該配方中樹脂和固化劑是成膜的基料，硫酸鋇是填料，顏料有紅色與黑色兩種，助劑四個(gè)

5、組分。通過調(diào)整顏料和助劑的種類和用量，可以得到各種顏色和表面的涂料。熱固性粉末涂料的分類：主要是以基料所用的樹脂來分類聚酯/TGIC聚酯/Primid粉末涂料丙烯酸型功能性粉末涂料X粉末涂料導(dǎo)電型粉末涂料抗菌粉末涂料/絕緣粉末涂料人亠亍十A防腐粉末涂料純環(huán)氧粉末涂料環(huán)氧/聚酯阻燃型粉末涂料各種熱固性粉末性能及應(yīng)用領(lǐng)域純環(huán)氧粉末涂料耐腐蝕、電氣性能良好防腐要求高的場(chǎng)合石油管道環(huán)氧聚酯混合型防腐性較好、突出性價(jià)比般戶內(nèi)裝飾性純聚酯粉末涂料耐候性好戶外應(yīng)用聚氨酯粉末涂料耐候性、耐化學(xué)試劑性好、涂膜性能出色性能要求高的場(chǎng)合1環(huán)氧粉末涂料優(yōu)異的耐腐蝕，耐化學(xué)性能。當(dāng)要求涂層堅(jiān)硬、電絕緣且能在較寬的溫度范

6、圍內(nèi)均能起保護(hù)作用時(shí)，往往使用環(huán)氧涂層。250的環(huán)氧粉末涂層厚度的介電強(qiáng)度可達(dá)1200伏/密耳。這樣，環(huán)氧粉末涂層不但可以起到良好的保護(hù)作用，也具有突出的電絕緣功能。環(huán)氧粉末涂層對(duì)大多數(shù)溶劑、弱酸、弱堿化學(xué)穩(wěn)定，涂層堅(jiān)韌，具有優(yōu)異的防腐性。另外，環(huán)氧粉末涂層對(duì)金屬基質(zhì)具有良好的附著力因而一般情況下不需要底漆。環(huán)氧粉末涂層的主要應(yīng)用限制在于當(dāng)涂層的厚度超過一定值后存在脆化傾向，在紫外光輻射下，涂層將粉化。正因?yàn)檫@些原因，環(huán)氧粉末涂層很少用于戶外場(chǎng)合。2環(huán)氧一聚酯復(fù)合粉末涂料環(huán)氧一聚酯復(fù)合粉末涂料是由環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂配制而成的，有著許多與環(huán)氧粉末涂料相同的特性。環(huán)氧一聚酯復(fù)合粉末涂料的性質(zhì)與它們

7、相對(duì)等的環(huán)氧樹脂涂料的性質(zhì)很相似。一般來說，環(huán)氧一聚酯復(fù)合粉末涂層堅(jiān)硬、柔韌，與單純的環(huán)氧粉末涂料相比，在價(jià)格上具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。兩種樹脂的復(fù)合還改善了環(huán)氧涂料的耐氣候性。但是，環(huán)氧一聚酯復(fù)合粉末涂料與單純的環(huán)氧粉末涂料的粉化速度幾乎一樣。然而，在起始粉化之后，環(huán)氧一聚酯復(fù)合粉末涂料的進(jìn)一步粉化會(huì)較環(huán)氧粉末涂料變緩。一些環(huán)氧一聚酯復(fù)合粉末涂料的耐化學(xué)品及耐溶劑性較單純的環(huán)氧粉末涂料有所降低。環(huán)氧一聚酯復(fù)合粉末涂料多用于與環(huán)氧粉末涂料相同的場(chǎng)合。3聚氨酯一聚酯粉末涂料聚氨酯一聚酯粉末涂料是兩種已經(jīng)商業(yè)化的聚酯粉末涂料之一（另外一種是聚酯一異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC）粉末涂料）。聚氨酯固化的

8、聚酯粉末涂料是聚氨酯一聚酯粉末涂料的主要型號(hào)，已經(jīng)使用數(shù)年。這種粉末涂聚酯粉末涂料的戶外性能在化學(xué)上能與應(yīng)用于飛機(jī)、公共汽車、貨車等場(chǎng)合的聚氨酯涂料相媲美。另外，聚氨酯層堅(jiān)韌、外觀良好，并具有優(yōu)異的耐氣候性。4聚酯一異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC）粉末涂料聚酯一異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC）粉末涂料是兩種已經(jīng)商業(yè)化的聚酯粉末涂料之一。在這種粉末涂料中，添加了低分子量的縮水甘油基或環(huán)氧基官能團(tuán)固化劑用以與聚酯起作用。這樣，聚酯在粉末涂料中占了很高的比例，因而聚酯一異氰脲酸三縮水甘油酯粉末涂料具有氨基甲酸酯固化的聚酯粉末涂料不可比擬的耐候性和抗腐蝕性。然而，聚酯一異氰脲酸三縮水甘油酯粉末涂料的耐

9、溶劑性和耐化學(xué)品性不如聚氨酯一聚酯粉末涂料。TGIC粉末涂料具有良好的附著性、抗腐蝕性及戶外耐久性。代表性地，它們的固化溫度低于聚氨酯一聚酯粉末涂料，固化周期也較聚氨酯一聚酯粉末涂料短。另外，TGIC粉末涂層厚而堅(jiān)韌，并具有良好的邊緣覆蓋率。聚酯一異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC）粉末涂料典型應(yīng)用于尖銳邊緣或轉(zhuǎn)角存在的場(chǎng)合，如汽車輪胎，空調(diào)，草坪家具和柜式空調(diào)。5丙烯酸系列丙烯酸類粉末涂料具有優(yōu)異的戶外耐久性。由于丙烯酸類粉末涂料良好的外觀、堅(jiān)韌的表面，優(yōu)異的耐氣候性和靜電性能，它們常用于高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品生產(chǎn)中。例如：人們正在研發(fā)丙烯酸系粉末涂料作為汽車透明涂層的適應(yīng)性。第三節(jié)粉末涂料的成膜過程

10、粉末涂料的成膜過程主要分三步：聚集、熔融流平、固化成膜聚集：將粉末通過靜電噴涂或其它方式，粘附著被涂工件表面的過程，這時(shí)的粉末還是粉狀的顆粒。熔融流平：加熱已吸附粉末的工件，使粉末涂料受熱融化，在工件表面鋪展開形成涂層，從而覆蓋工件表面，此時(shí)形成未固化完全的涂層。固化：繼續(xù)在高溫下烘烤，使涂層內(nèi)固化反應(yīng)進(jìn)行完全，形成一個(gè)堅(jiān)硬不熔融的涂膜。熱固性粉末涂科成腫過程第一階段聚結(jié)第二階段流平第三險(xiǎn)段固化附圖粉末涂料成膜過程，如果某個(gè)階段有缺陷，將會(huì)導(dǎo)致如下完美的涂膜是這三個(gè)過程的結(jié)合（聚集、流平、固化）缺陷：聚集階段：上粉率、顆粒、回收粉過多流平：流掛、肥邊、縮孔、失光固化：機(jī)械性能（沖擊、彎曲）不好

11、，附著力差第四節(jié)粉末涂料的質(zhì)量如何評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)粉末涂料質(zhì)量?jī)?yōu)劣主要分兩個(gè)方面：一是粉體特性，二是涂膜特性。粉體特性：主要是描述粉末狀態(tài)的物理性質(zhì)：如粉末的顆粒、帶電性能、流動(dòng)性能、膠化時(shí)間等，主要是針對(duì)粉末的特性。涂膜特性：主要是描述粉末涂料成膜后，涂膜的特性。如涂膜的光澤、沖擊性能、附著力、硬度。主要是針對(duì)使用后形成的涂膜性能。粉末涂料產(chǎn)品的檢驗(yàn)，不僅僅是粉體特性，還要噴板檢驗(yàn)涂膜特性。出廠檢驗(yàn)合格也只是產(chǎn)品成功了一半，另一半在客戶現(xiàn)場(chǎng)。最終檢驗(yàn)產(chǎn)品的場(chǎng)所，是客戶的施工現(xiàn)場(chǎng)。粉末涂料用樹脂簡(jiǎn)介Introductionofresinforpowdercoatings環(huán)氧樹脂（EpoxyResin）

12、環(huán)氧樹脂是一種經(jīng)典的熱固性樹脂。它是一種環(huán)氧低聚物，當(dāng)與固化劑反應(yīng)便可以生成三維狀的熱固性塑料。優(yōu)點(diǎn)：在固化反應(yīng)中收縮率小，其固化物的粘結(jié)性、耐化學(xué)藥品性以及機(jī)械和電器性能優(yōu)良。缺點(diǎn)：耐候性和韌性差，耐候性差環(huán)氧樹脂的定義：環(huán)氧基：由兩個(gè)碳原子與一個(gè)氧原子所形成的環(huán)稱為環(huán)氧基，含有這種結(jié)構(gòu)的化合物稱為環(huán)氧化合物。環(huán)氧樹脂是一個(gè)分子中含有兩個(gè)以上環(huán)氧基，并在適當(dāng)催化劑存在下能形成三維交聯(lián)網(wǎng)狀固化物的化合物總稱。雙酚A型環(huán)氧樹脂由雙酚A和環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)而制得，因?yàn)檫@種樹脂的原材料來源方便、成本低,所以在環(huán)氧樹脂中它的應(yīng)用最廣，產(chǎn)量最大。O/XOCHjCH-CHa環(huán)氧基：反應(yīng)活性，環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)

13、主要是通過環(huán)氧基的開環(huán)反應(yīng)完成的碳鏈：柔軟性苯環(huán)：強(qiáng)韌性和耐熱性，也造成耐候性差醚鍵：耐藥品性O(shè)H羥基：反應(yīng)性和粘結(jié)性環(huán)氧樹脂的指標(biāo)1）環(huán)氧當(dāng)量與環(huán)氧值環(huán)氧當(dāng)量：每一摩爾當(dāng)量環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂的質(zhì)量克數(shù)，以g表示=分子量/環(huán)氧基個(gè)數(shù)EEW=100/環(huán)氧值環(huán)氧值：每100克環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基的克當(dāng)量數(shù)100X環(huán)氧基數(shù)/分子量2）羥值3）氯含量4）粘度實(shí)際應(yīng)用中的重要指標(biāo)5）軟化點(diǎn)固態(tài)環(huán)氧樹脂軟化點(diǎn)隨著其分子量的增加而增加。軟化點(diǎn)小于60,制成的粉末雖然流平較好，但是機(jī)械性能較差。粉末存儲(chǔ)易結(jié)塊。反之，分子量大，軟化點(diǎn)高（）大于98度，粉末流動(dòng)性差。因此，軟化點(diǎn)控制在93-95之間為宜，它可以取得良好

14、的流動(dòng)性和破碎性和分散性。6）分子量與分子量分布控制范圍越窄越好，一般在2000-4000之間。這樣易于控制膠化時(shí)間和固化速度，又有統(tǒng)一的熔點(diǎn)，以獲得平整光滑的涂膜。固化機(jī)理環(huán)氧基的反應(yīng)活性是由三元環(huán)的變形能力非常高和電荷的極化引起的。親電試劑攻擊氧原子，親核試劑攻擊碳原子，迅速發(fā)生反應(yīng)。與活潑氫化物反應(yīng)活潑氫的質(zhì)子與環(huán)氧基的氧原子發(fā)生親電加成親電試劑包括：羧酸、酚類、醇、胺類粉末涂料中所用的環(huán)氧樹脂，通常采用平均聚合度n=4型固態(tài)樹脂，該樹脂分子量在1400-2200，實(shí)際聚合度0.8-6.5，屬于中等分子量環(huán)氧樹脂。由于平均環(huán)氧值為0.12，故命名為E-12聚酯樹脂（PolyesterRe

15、sin）聚酯樹脂由多元酸和多元醇縮合而成。粉末涂料用聚酯樹脂多屬于飽和型，從端基結(jié)構(gòu)上分，可分為端羧基和端羥基兩大類端羧基聚酯：酸值從20-100mgK0H/g，分子量在2000-8000中高酸值45-85;用于混合型粉末低酸值20-45;用于TGIC和HAA做固化劑端羥基聚酯與封閉性異氰酸酯配合制作聚氨酯粉末聚酯樹脂幾個(gè)指標(biāo)1）分子量：提高分子量能提高玻璃化溫度，有利于提高粉末涂料的存儲(chǔ)穩(wěn)定性。分子量太大，影響流平。太小，使tg下降，影響儲(chǔ)存穩(wěn)定性2）官能度：粉末涂料的平均官能度2-33）玻璃化溫度：Tg對(duì)所配粉末的存儲(chǔ)穩(wěn)定性和粉碎加工性極為重要。通過合理選擇原料單體和控制聚合物分子量來調(diào)節(jié)Tg由于環(huán)氧樹脂E12是標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，所以聚酯樹脂的牌號(hào)就比較多，不同的牌號(hào)有著不同的結(jié)構(gòu)或是催化劑。固化劑用量的計(jì)算樹脂與固化劑之間的配比，可參考環(huán)氧值和酸值來調(diào)整。如在環(huán)氧聚酯混合型配方當(dāng)中，假設(shè)環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基與聚酯樹脂的端所及等當(dāng)量的反應(yīng)，則環(huán)氧值（100g環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧個(gè)數(shù)）=聚酯樹脂的酸值/56100（每1g聚酯樹脂中含有端羧基個(gè)數(shù)）x聚酯樹