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聚氨酯粉末涂料树脂及固化剂的选择

导读:讨论了树脂、固化剂、助剂以及工艺条件对聚氨酯粉末涂料涂膜性能的影响及选择,最终得到了最优化的配方方案。

 

前言

在耐候性粉末涂料中,聚氨酯粉末涂料的产量在世界上仅次于聚酯粉末涂料。由于其优异的物理化学性能,以及非常好的装饰性,性能全面、平衡,应用范围特别广,主要应用于户外场合的装饰性涂装,如自行车、摩托车、汽车等。

另外,易于薄层化的特点使其特别适合于金属预涂材料(PCM)的涂装。现在市场上的聚氨酯粉末涂料均是由羟基聚酯和封闭异氰酸酯组成的。

 

由不同的羟基聚酯和封闭异氰酸酯组成的粉末涂料其物理化学性能有很大的区别。

 

本研究的目的是通过试验检测数据找到合适的聚氨酯粉末涂料的最佳配方,以达到最佳的性价比,同时探讨了各部分组成及试验条件对涂膜性能的影响。

 

1 羟基聚酯的选择

聚氨酯粉末涂料固化成膜的主要化学反应是聚酯树脂的羟基(— OH)与封闭异氰酸基(— NCO)之间的反应,反应式可表示如下:

聚氨酯粉末涂料的涂膜降解速度主要取决于羟基聚酯主链分解控制,选择合适的羟基聚酯对聚氨酯粉末涂料的耐化学性能有着至关重要的影响。

在此选择了多家羟基聚酯作了各种物理化学性能的对比试验,但不同厂家的羟基聚酯做成的聚氨酯粉末涂料的物理化学性能有很大的不同。

选取的饱和羟基聚酯有国外树脂1、国外树脂2 和国内树脂1、国内树脂2,作对比试验。其参考配方见表1。

将原材料严格按照参考配方称量并且混合均匀,用国产SLJ-30挤出机挤出(一区温度控制在105℃,二区温度控制在110℃),烤箱温度为(200±2)℃;

 

制定标准检测样板,检测标准按照国家推荐标准,检测以不同饱和羟基聚酯制成的聚氨酯粉末涂料涂膜性能,结果见表2。

注:耐人工加速老化性是按GB/T 16585 规定,采用荧光紫外线/ 冷凝循环试验方法,光源为UV-B(313 nm)灯管。每一循环试验条件为:UV 光照,60 ℃,4 h;冷凝,50 ℃,4 h。

 

按照表2 所显示的这四种饱和羟基聚酯所在的配方的各种物理化学性能相差不大,但是在表中可以看出国产树脂的光泽偏低,耐老化性能比国外树脂稍差。通过以上试验对比选择国外树脂2作为聚氨酯粉末涂料的最终成膜树脂。

 

 

2 固化剂的选择

 

固化剂对聚氨酯粉末涂料的物理化学性能有很大的影响,如果选择的固化剂与树脂不能很好地产生交联反应,那么聚氨酯粉末涂料的物理化学性能就会受到很大程度的影响。

 

聚氨酯粉末涂料的固化剂现在主要还是采用进口的,在此选择了德国拜耳的2147不封闭型的异氰酸酯为固化剂1和德固萨的B-1530封闭型的异氰酸酯为固化剂2作为实验用的固化剂,树脂选用上述试验的国外树脂2,其参考配方见表3。

严格按照表2的试验检测条件对由表3配方制成的粉末涂料涂膜进行检测,除耐老化、光泽、杯突有所变化外,其他的各种物理化学性能跟表2做对比都没有变化。试验结果见表4。

注:耐人工加速老化性是按GB/T 16585规定,采用荧光紫外线/ 冷凝循环试验方法,光源为UV-B(313nm)灯管。每一循环试验条件为:UV 光照,60℃,4h;冷凝,50℃,4h。

由表4中可以看出固化剂2所在的配方的性能比表1中各配方的性能有了很大的提高,固化剂2比固化剂1所做的配方的性能要优异一些,因此选择固化剂2 作为聚氨酯粉末涂料的最终固化剂。

 

3 试验条件的影响

在试验挤出的过程中,挤出机的清理非常重要,最好有专门的生产聚氨酯粉末涂料的挤出机和研磨机,如果挤出机与研磨机中有其他涂料的残留物,生产出的聚氨酯粉末涂料就会有颗粒、缩孔等弊病。

由于聚氨酯粉末涂料在烘烤固化成膜过程中,要释放封闭剂等小分子化合物,试验样板的涂膜不能太厚,否则容易产生针孔、气泡等弊病;

同时由于封闭性异氰酸酯的解封温度要求很高,决定了聚氨酯粉末涂料不能做低温固化。

烘箱的温度过高或者烘烤的时间过长都会引起涂膜的变黄,进而也会影响涂膜的光泽等。

 

5 结语

通过探讨树脂、固化剂以及催化剂对聚氨酯粉末涂料的各种物理化学性能的影响,选择合适的树脂以及固化剂对聚氨酯粉末涂料的性能有着至关重要的影响,添加合适的助剂可以很大程度上改善涂膜的性能,合适的配方可以最大化地节约成本。

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