耐候性粉末涂料淺談綜述

1、耐候性粉末涂料淺談1粉末涂料的發(fā)展歷程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、 聚苯硫醴（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

2、化合物固化的聚酯，熱固性氟樹脂粉末， 丙烯酸/聚酯粉末。進(jìn)入21世紀(jì),新的粉末技術(shù)和品種更是層出不窮，粉末市場變得越來越大，也變 得越來越復(fù)雜。中國粉末涂料經(jīng)過近 10年的快速發(fā)展，幾乎所有的粉末品種都能在 市場中找到。整個粉末涂料市場也將趨于更加細(xì)化，其中耐候性粉末增長 幅度要快 于其它品種。2為什么要考慮粉末涂料的耐候性？無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 組成的。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)過一段時間會發(fā)生哪些變化，涂層最終失去效用要 多長時，哪些因素對涂層的破壞性最強(qiáng)等等，這些

3、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，在許多工業(yè)領(lǐng)域已逐步代替了油漆 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粉末 產(chǎn)量的四分之一。自改革開放以來，我國各項(xiàng)事業(yè)都取得了巨大成就，現(xiàn)在耐候性粉末涂料有著巨 大的市場和商機(jī)，主要市場有：空調(diào)、鋁型材、汽車工業(yè)、高速公路建 設(shè)、戶外用家具及 燈具等。提高粉末涂料的內(nèi)在質(zhì)量，延長涂料的使用壽命，將為 國民經(jīng)濟(jì)和廣大用戶帶來切實(shí)利益。3耐候性粉末涂料品種介紹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，具有如下優(yōu)點(diǎn)：涂層耐水，耐酸堿；

4、涂層具有良好的隔熱和電絕緣性；涂層拉伸強(qiáng)度、柔韌性及抗沖擊性很好；原料來源豐富，價(jià)格低,無毒；受紫外線照射易開裂，不能長期用于戶外，在戶外建筑場 合能用34年；抗低溫性好，-30 C保持400h以上無開裂，可用于北方嚴(yán) 寒的環(huán)境。聚氯乙烯粉末涂料（PVCPVC粉末具有如下特點(diǎn)：顏色配制范圍寬；涂層耐溫性好，并耐酸堿和鹽霧；耐醇類、汽油、芳姓類溶劑；絕緣性好；原料豐富。聚酰胺（尼龍依據(jù)原料可分為：尼龍1010（國產(chǎn)、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，貯存穩(wěn) 定性非常

5、好，具有很好的機(jī)械性能和耐 化學(xué)藥品性，但不耐熱、不耐溶劑?？捎糜谧?壓器外殼、馬 路護(hù)欄、儲槽等的涂裝。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。國外已多次報(bào)道過這種粉末在超高層建筑上的應(yīng)用。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/異鼠月尿酸三縮水甘油酯（TGIC異氟月尿酸三縮水甘油酯（TGIC作固化劑的聚酯粉末涂料是 國內(nèi)市場上占絕對 優(yōu)勢的耐候性粉末。TGIC環(huán)氧值0.92，熔點(diǎn)95 C，白色粉末通常TGIC與低酸值的竣基聚酯配合，

6、兩者的品種和質(zhì)量對粉末涂層的耐候性 有重大影響，如何選擇聚酯和TGIC以滿足高耐候性要求，本文作者在鋁型材用粉 末涂料的研制 一文中有詳細(xì)論述。這類粉末具有如下優(yōu)點(diǎn)：涂層光滑致密，無針孔等弊病。耐熱性較好，烘烤過程不易泛黃。物理化學(xué)性能好?？膳渲聘黝愵伾突y的粉末涂料。但TGIC對皮膚有刺激，其毒性問題倍受關(guān)注，歷來頗有爭 議，許多國家都在開發(fā) TGIC的替代品。聚酯/羥烷基酰胺（HMMA常見的羥烷基酰胺（HMMA 一般商品號有：羅門哈斯（R ohm and Hass公司的 Primid XL552,臺灣優(yōu)美特公司的Eumate 350寧波南海藥化的T105M以及常州牛 塘的NT 552等。

7、外觀為淡黃至白色粉末，熔點(diǎn)110120C，羥值8090mg KOH/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，貯存性更好。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。用羥烷基 酰胺配制的高光平面粉末，因表面不夠致 密,而影響其裝飾 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?性。聚酯/低分子量環(huán)氧樹脂（PT910PT910是瑞士汽巴（Ciba公司推出的新型聚酯固化劑，熔點(diǎn)95105

8、 C，環(huán)氧當(dāng)量 141154。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。3.2.4羥基聚酯/四 甲氧基甲基甘腑（Link 1174Link1174由美國氟特（Cytec公司推出。在磺酸類催化劑的作用下，用四甲氧基甲基甘月尿固化羥基聚 酯，固化過程中釋放 甲醇，涂層過厚會出現(xiàn)針孔或起泡。粉 末貯存性比較差，夏天易結(jié)塊。聚氨酯粉末涂料（PUPU粉末是用封閉型異氟酸酯固化羥端基聚酯而制成的。作為固化劑的封閉型異氟酸酯主要有芳香族和脂肪族兩種。芳香族的異氟酸酯耐候性較差，主要用于

9、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鼠酸酯（封閉劑的解封溫度為140 C左右作固化劑。著名 的品牌是德國赫斯 （Huls的IPDI B-1530和BF1540,因價(jià)格貴，粉末廠很少選用PU粉末的優(yōu)點(diǎn)如下：一粉末固化前有充分的流平時間，體系粘度低，故流平特別好，可與液體涂料相 媲美。一配制范圍比TGIC系要寬。一粉末容易噴涂。PU粉末在固化時釋放封閉劑，氣味難聞，容易污染空氣。3.2.6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

10、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竣酸作固化劑。 常用的是癸二酸（D DDA o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)過程中顏料分散差， 涂層表面光澤低，須高溫烘烤，使應(yīng)用受到限制。近年來

11、，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 樹脂和封閉型異鼠 酸酯固化劑，可以制成透明粉，儲存性好。具有良好的綜合機(jī)械性能，耐酸雨、臭氧 、紫外線等。戶外 使用年限長，可達(dá)30年。4影響粉末涂料耐候性的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 組成，在一定條件下固化后具有一定的 外觀、光澤、顏色。當(dāng)一個物件，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)_，如 陽光照射，酸雨的沖刷等，經(jīng)過一段時間，涂膜將發(fā)生一系列的變化，可表現(xiàn)為光澤下 降

12、,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，具低分子樹脂因發(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)品性等一系列性能。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) 長時間光照后即 會出現(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，這是一個光化學(xué)過程。高分子在熱、氧和光的作用下通過自由基歷程發(fā)生老化。涂層中的網(wǎng)狀聚合物是由無數(shù)根分子鏈通過各種化學(xué)鍵連接在一起的，這些化學(xué)鍵有的含氫、氧、雙

13、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，隨后與其它分子反應(yīng)變成氫過氧化物，使得 聚合物鏈發(fā)生斷 裂，涂料即開始老化，而出現(xiàn)光澤降低，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（尤其是波長接近 313nm、濕度、臭氧、高溫、酸雨、工業(yè)廢氣等。4如何測試粉末涂料的耐候性涂料的耐候性測試及評定，必須有充分的依據(jù)，不是憑空捏 造出來的?，F(xiàn)在國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。自然曝曬以美國佛羅里達(dá)州曝曬為標(biāo)準(zhǔn)，該州位于美國的最南端，周邊是大海，全 年陽光充足而強(qiáng)烈，

14、空氣中水份和鹽 份含量很高，相對于地球上其它地方，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，定期測試涂膜光澤和顏色變 化，并記錄。一般試驗(yàn)期以年為單位，試驗(yàn)結(jié)束后可繪制涂層光澤和顏色變化的曲 線。自然曝曬準(zhǔn)確直觀，數(shù)據(jù)可信，但試驗(yàn)周期過長，不能很快地指導(dǎo)科研和生產(chǎn)，因 此絕大部分的耐候試驗(yàn)都采用人工加速老化來完成。人工加速老化試驗(yàn)是模擬自然條件，如控制一定的溫度、濕 度和降雨周期，并選 用不同波長的光照射（模擬陽光，試驗(yàn)周期短，通常只用2001000h很快就能得出結(jié) 論。人工加速老化試驗(yàn)采用的光源有多種，常見的

15、有氤弧太陽光、熒光紫外線、碳 弧燈等。中國國標(biāo)規(guī)定了用于涂料老化測試的兩個標(biāo)準(zhǔn) :GB/T1865-1997人工氣候老 化和人工輻射暴露（濾過的氤弧輻射（詳見附錄一和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粉末涂料的耐久性，氤弧燈輻射的光照溫和，對顏料、塑料等更適合，測試周期要長一些。熒光紫外燈加速性好，適于快速檢驗(yàn)，紫外線波長選擇范 圍寬，能適應(yīng)多種檢測要求。也有加速自然曝曬試驗(yàn)，如EMMAQUA試驗(yàn)（在美國亞利 桑那，使用特殊的反射 鏡來強(qiáng)化太陽光，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56倍

16、。需要注意的是，任何加速老化試馬都只能作參考，不能迷信測試結(jié)果。這些試 驗(yàn)僅是模擬自然條件，而與實(shí)際條件千差萬別老化試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際使用結(jié)果有時差 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)。附錄1:漆膜老化（人工加速測定法（GB/T 1865-199 7本標(biāo)準(zhǔn)適用于涂料的耐候性評定。采用人工加速耐候性試驗(yàn)箱打制一定的溫度，濕度，降雨周期和時間進(jìn)行試驗(yàn)，以樣板的外觀破壞程度評定等級。.材料和儀器人工加速耐候性試驗(yàn)箱a .光源6000W水冷式管狀氤燈；樣板與光源距離:3540 cm ob .穩(wěn)壓裝置CZ-63型磁飽和穩(wěn)壓器或其它穩(wěn)壓裝置。1.2試驗(yàn)用水 氤燈冷卻 用蒸儲水，降雨用離子交換樹脂凈化 水。其它材料和檢驗(yàn)用儀器設(shè)備同漆膜大氣老化測定法（GB/T 1767中的有關(guān)規(guī)定。.試驗(yàn)條件溫度工作室空氣溫度45。相對濕度工作室空