6低温固化与辐射固化粉末涂料

“热点”粉末涂料开发与设计（六）“热点”粉末涂料开发与设计粉末涂料设计基础消光型粉末涂料木纹粉末涂料皱纹粉末涂料多色花粉末涂料低温与辐射固化粉末涂料耐久型粉末涂料产品开发与设计常见问题与对策2020/2/222低温与辐射固化粉末涂料知识源于不断探索、创新、积累与自我否定的过程，这个过程是缓慢的，但随着时间的推移与自我满足意识的膨胀，这个过程也将随之逐渐结束！知识始终处于不断更新换代之中，今天的知识对于明天不一定能再适用！因此，对于粉末涂料产品设计师、生产工艺师以及相关的技术工作者、管理者，不要拿昨天否定今天，也不要拿今天否定明天，具有自我发展、创新与否定意识才能不断进步，否则将会有固步自封的危险！——商新学1低温固化粉末涂料------------------------------------61.1纯环氧低温固化粉末涂料--------------------------------------71.2环氧-聚酯低温固化粉末涂料---------------------------------161.3聚酯-TGIC低温固化粉末涂料-------------------------------331.4聚酯-异氰酸酯低温固化粉末涂料---------------------------341.5丙烯酸低温固化粉末涂料-------------------------------------512UV固化粉末涂料------------------------------------522.1UV光固化粉末涂料的组成-----------------------------------532.2UV固化粉末涂料配方设计-----------------------------------593电子束固化粉末涂料-------------------------------864辐-热双重固化粉末涂料---------------------------862020/2/223功能性粉末涂料（FunctionalPowderCoatings）是一类具有特殊功能或特殊用途的、有针对性解决或达到某些特殊性问题或要求的功能性粉末涂料，供给特种用途的涂装，满足各种特殊技术要求。功能性粉末涂料不仅可以起到传统的保护和装饰等作用，还赋予材料各种特殊功能，主要包括绝缘、导电、防污、耐热、阻燃，防辐射等多种功能。功能性粉末涂料在科技、国防、工农业等许多领域发挥着越来越重要的作用，它的发展是国家经济和军事科学水平的反映，对当代科学技术、国防、工家业的迅速发展起着重要作用。功能性涂料是各种特殊用途涂料的总称。所谓特殊用途，是指除了装饰、保护等的基本功能之外，这类涂料还兼有某些特别的功能，以满足被涂覆产品设计上的需要。可以说，正是一些在特殊环境里应用的产品功能方面的需要，促进了功能性涂料的研制和开发。功能型粉末涂料根据其功能表现形式的不同，可分为物理、化学、生物及其综合性能粉末涂料，每侧重功能仍可继续向下细分。功能型粉末涂料渗透到粉末涂料应用的各个领域，家具、五金、电器、建材、汽车、卷材等等，功能型粉末涂料的广泛应用。为粉末涂料的市场应用打开了许多潜在的市场。功能型粉末涂料很多，由于培训时间与篇幅的限制，我们下只讨论部分功能型粉末涂料。2020/2/224低温固化与辐射固化粉末涂料粉末涂料与涂装技术已应用了几十年，传统粉末涂料所用热固化树脂的固化温度较高（160～210℃），固化时间长（5～30min），这限制其只能用于金属等耐热基材，并且相对耗能、费时。并且热固化粉末涂料的熔融流平和固化开始阶段有不同程度的重叠，涂层就会出现平整度上的缺陷，如缩孔、桔皮等问题。然而，随粉末涂料市场应用的发展，木质产品（如MDF等）、塑料制品、金属塑料复合件等的越来越多地采用粉末涂料进行涂装。由于这些制品均属于热敏性材质，要求粉末涂料的固化温度必须降低才能应用于这些产品。根据固化方式与机理的不同，分为低温热固化与辐射固化两类，辐射固化又分为UV光固化与EB（电子束）固化两种。下面将分别讨论这两粉末涂料。近几年来，粉末涂料辐射固化技术的发展使粉末涂料已进入家具行业的MDF（中密度板）、热敏感的木材和塑料、复合基材等新的应用领域。比传统粉末涂料具有更高交联密度的新颖交联体系所制造的涂料涂层的外观能满足甚至超出家具最高的要求。辐射固化粉末涂料体系主要包括紫外线(UV)固化和电子束(EB)固化两类，其中UV固化粉末涂料很容易达到世界上最严格的DIN68861和FIRA6250厨浴室家具标准。2020/2/2251低温固化粉末涂料传统热固性粉末涂料须经过（180～210）℃/（20～5）min高温固化后才能交联形成聚合物网络。在快速固化基础上改性形成（160～180）℃×（20～10）min固化的粉末涂料，为快速固化粉末涂料，而不高于160℃的温固化进行固化的粉末涂料称为低温固化粉末涂料，对于固化温度在120℃以下的粉末涂料通常为超低温固化粉末涂料。传统粉末涂料固化温度通常高达160～210℃，使粉末涂料在某些热敏材料上的应用受到限制。将固化温度降至130℃，许多粉末涂料虽然可以固化，但与常用的溶剂型和水性涂料相比仍然偏高。为了将粉末涂料的应用领域扩大到塑料、木材和某些金属合金行业，必须进一步降低固化温度。这种改进应用于工业涂装线上还能节约能源，提高生产率。但是要在低温下获得高反应活性、转化率以及涂料的流动流平性，对于粉末涂料来说还有很多障碍。目前，在研制低温固化粉末涂料时，往往可采用的有几种方法，它们是：⑴低温交联固化剂，如ESTRON公司的环氧树脂固化剂G-91等；⑵催化剂，如用于与含氧基交联固化的三苯基磷类、鎓盐类等；⑶特殊有树脂，如结晶树脂、光固化树脂；⑷特殊的交联固化方式，如紫外光（UV）固化，电子束固化（EB）等。2020/2/226低温固化（LTC）或低温烘烤（LB）固化是粉末涂料发展中的一个老话题，随着新材料、新工艺的不断涌现，近年来这一技术已经获得显著地突破。目前，低温固化粉末涂料的固化条件在160℃@15～30分钟。现今低温固化混合型粉末涂料工艺技术经120℃固化后，即可交联形成良好的聚合物网络，获得具有优良性能的从高光到无光的粉末涂料层。目前低温固化粉末涂料技术已发展相当成熟，粉末涂料品种几乎已涵盖了整个粉末涂料品种。1.1纯环氧低温固化粉末涂料用于热固性粉末涂料的固体环氧树脂很多，常用的是固体双酚A环氧树脂、双酚A酚醛环氧树脂等。通用于粉末涂料的环氧树脂为E-12（604）型环氧树脂，用于防腐粉末涂料的为双酚A酚醛环氧树脂或用其改性的环氧树脂。用于环氧树脂的固化剂很多，有胺类、酸（酐）类、咪唑类、酚类等交联剂（请参阅相关章节）。粉末涂料能用来做低温固化的交联剂很多，目前比较适用的有咪唑改性的G-91（ESTRON）、咪唑改性的酚类、苯乙烯-马来酸的聚合物等，下面举说明。2020/2/227在低温固化环氧粉末涂料方面，一般地讲，粉末涂料的熔融温度为90～130℃，固化温度为130～180℃，但越来越多的应用需要低温固化，所以低温固化粉末涂料的研究与开发也成为一种趋势。目前某些环氧树脂粉末涂料的固化温度已降至140℃，有的甚至已降到120℃，同时固化时间也缩短至20min，从而大大节约了能量。一般固化温度每降低10℃，涂装过程即可节省10%的能量。目前已有新型环氧粉末涂料，固化温度为107～149℃，其环氧树脂在150℃的熔融黏度为0.2～2.7Pa•s，含有5～20%的结晶环氧树脂，能改善熔融粉末涂料的流动特性。该环氧涂料的固化剂为固态的封闭型多胺，例如咪唑类衍生物或其与环氧化合物的加成物，通常为伯、仲、叔胺基或其混合物。这类粉末涂料主要用于热敏基材，如汽车的塑胶零件、造纸、纸板和木材，能够产生良好的光滑表面。国外还开发了由缩水甘油基甲基丙烯酸酯聚合物(环氧值为0.25～0.4eq/100g)和含有羧基的聚酯(200℃黏度小于2.5Pa•s)混合而成的粉末涂料，能够在低温下快速固化，主要用于热敏基材。这一粉末涂料还具有亚光特性和优异的耐候性能。国内业界以双酚A型环氧树脂为主要成膜物质，在其中加入多种助剂，研制开发了具有特殊性能的低温固化重防腐环氧粉末涂料。2020/2/228一、环氧/G-91体系低温固化粉末涂料环氧树脂固化剂G-91是美国ESTRON（埃斯特伦）公司非常具有代表性的、用于基于环氧树脂的低温固化的交联剂，为咪唑-环氧的加成物。G-91的比重为1.1～1.2，软化点为96～106℃。采用G-91所研制的粉末涂料具有优异的耐化学性能、机械性能和低温固化性能。环氧/G-91体系固化粉末涂料配方见表1。建议环氧树脂固化剂G-91的用量为环氧树脂用量的3～6%，基于这个固化剂的高光泽粉末涂料的固化温度在200℃～110℃之间。试验表明，采用粉末涂料的通用性环氧树脂，粉末涂料最佳的固化条件为130℃×20分钟与140℃×10分钟，完全可以应用于热敏性的基材。粉末涂料设计师可以针对不同材质灵活设计配方，如MDF等，其性能不受温化条件影响，但有一点必须注意：该体系的固化温度越高涂层越易泛黄。2020/2/229表1环氧/G-91低温固化粉末涂料原料白色高光黑色高光备注E-1260.0060.00通用的环氧树脂，国内粉末涂料环氧树脂制造商均有生产环氧固化剂G-913.203.20美国ESTRON公司的环氧树脂固化剂，国内有代理流平剂1.001.00丙烯酸丁酯类流平剂，气相二氧化硅为载体，有效成分约65%Benzoin(安息香)0.300.4脱气剂，白色产品用量体外微减少，以减少涂层产品明显泛黄蜡粉0.200.20改善耐伤性性、耐磨性、手感等，应谨慎选择使用钛白粉32.00—锐钛型或金红石型，国产或进口炭黑—1.00国产或进口填充料3.3034.20硫酸钡、碳酸钙等配方总量/%100.00100.00固化条件：130℃×20′；140℃×10′；150℃×5′60º光泽85±5%2020/2/2210表1为采用G-91研制的低温固化粉末涂料，其综合性能目前为最优，粉本与涂膜性能基本上不会因时间流逝而呈明显衰退。更进一步的应用，G-91与ESTRON公司的消光剂EpomattG-152搭配，可以研制户内应用的、固化温度低至125℃的消光粉末涂料（配方见表2）。这无疑为研制低温固化无光粉末涂料提供了一个方法选择。消光剂EPOMATT™G-152与自交联剂（如G-91或OTB）搭配时，能产生双重的、不同的固化机理，这种体系通常具有相当好的光泽生产重现性。EpomattG-152用量10%和8%；OTBHT2844，Ciba(o-tolylbiguanide)；P-104，壳牌(加速双氰胺)。当用量为10%的EpomattG-151与环氧固化剂G-91、OTB或P104搭配时，可以获得无光涂层（60º光泽＜5%）。在EpomattG-152较低的用量时，光泽会比较高。对于采用EpomattG-151和纯环氧粉末涂料产品，最产品的固化温度取决于固化剂，若采用G-91固化剂则粉末涂料的固化温度可为低温固化（150℃左右），若采用取代双氰胺或加速双氰胺粉末涂料的固化温度为180℃～200℃，若则采普通双氰胺则要求固化条件更高。2020/2/2211表2EPOMATTG-151与环氧固化剂G-91、OTB或P104制备消光型粉末涂料组分ABCDEFGH备注GT7013，Ciba68.3068.8068.8068.8069.3069.8069.8069.80汽巴公司的环氧树脂G-152，Estron6.806.906.906.905.405.505.505.50消光剂G-91，Estron3.403.50低温固化剂OTB，CibaHT28442.702.70取代双氰胺P-104，Shell2.702.70加速双氰胺Dicyandiamide2.702.70普通双氰胺Benzoin0.300.300.300.300.300.300.300.30