聚氨酯粉末涂料樹脂及固化劑的選擇
導(dǎo)讀:討論了樹脂、固化劑、助劑以及工藝條件對聚氨酯粉末涂料涂膜性能的影響及選擇,終得到了優(yōu)化的配方方案。
前言
在耐候性粉末涂料中,聚氨酯粉末涂料的產(chǎn)量在世界上僅次于聚酯粉末涂料。由于其優(yōu)異的物理化學(xué)性能,以及非常好的裝飾性,性能全面、平衡,應(yīng)用范圍特別廣,主要應(yīng)用于戶外場合的裝飾性涂裝,如自行車、摩托車、汽車等。
另外,易于薄層化的特點(diǎn)使其特別適合于金屬預(yù)涂材料(PCM)的涂裝?,F(xiàn)在市場上的聚氨酯粉末涂料均是由羥基聚酯和封閉異氰酸酯組成的。
由不同的羥基聚酯和封閉異氰酸酯組成的粉末涂料其物理化學(xué)性能有很大的區(qū)別。
本研究的目的是通過試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)找到合適的聚氨酯粉末涂料的佳配方,以達(dá)到佳的性價比,同時探討了各部分組成及試驗(yàn)條件對涂膜性能的影響。
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1 羥基聚酯的選擇
聚氨酯粉末涂料固化成膜的主要化學(xué)反應(yīng)是聚酯樹脂的羥基(— OH)與封閉異氰酸基(— NCO)之間的反應(yīng),反應(yīng)式可表示如下:
聚氨酯粉末涂料的涂膜降解速度主要取決于羥基聚酯主鏈分解控制,選擇合適的羥基聚酯對聚氨酯粉末涂料的耐化學(xué)性能有著至關(guān)重要的影響。
在此選擇了多家羥基聚酯作了各種物理化學(xué)性能的對比試驗(yàn),但不同廠家的羥基聚酯做成的聚氨酯粉末涂料的物理化學(xué)性能有很大的不同。
選取的飽和羥基聚酯有國外樹脂1、國外樹脂2 和國內(nèi)樹脂1、國內(nèi)樹脂2,作對比試驗(yàn)。其參考配方見表1。
將原材料嚴(yán)格按照參考配方稱量并且混合均勻,用國產(chǎn)SLJ-30擠出機(jī)擠出(一區(qū)溫度控制在105℃,二區(qū)溫度控制在110℃),烤箱溫度為(200±2)℃;
制定標(biāo)準(zhǔn)檢測樣板,檢測標(biāo)準(zhǔn)按照國家推薦標(biāo)準(zhǔn),檢測以不同飽和羥基聚酯制成的聚氨酯粉末涂料涂膜性能,結(jié)果見表2。
注:耐人工加速老化性是按GB/T 16585 規(guī)定,采用熒光紫外線/ 冷凝循環(huán)試驗(yàn)方法,光源為UV-B(313 nm)燈管。每一循環(huán)試驗(yàn)條件為:UV 光照,60 ℃,4 h;冷凝,50 ℃,4 h。
按照表2 所顯示的這四種飽和羥基聚酯所在的配方的各種物理化學(xué)性能相差不大,但是在表中可以看出國產(chǎn)樹脂的光澤偏低,耐老化性能比國外樹脂稍差。通過以上試驗(yàn)對比選擇國外樹脂2作為聚氨酯粉末涂料的終成膜樹脂。
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2 固化劑的選擇
固化劑對聚氨酯粉末涂料的物理化學(xué)性能有很大的影響,如果選擇的固化劑與樹脂不能很好地產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng),那么聚氨酯粉末涂料的物理化學(xué)性能就會受到很大程度的影響。
聚氨酯粉末涂料的固化劑現(xiàn)在主要還是采用進(jìn)口的,在此選擇了德國拜耳的2147不封閉型的異氰酸酯為固化劑1和德固薩的B-1530封閉型的異氰酸酯為固化劑2作為實(shí)驗(yàn)用的固化劑,樹脂選用上述試驗(yàn)的國外樹脂2,其參考配方見表3。
嚴(yán)格按照表2的試驗(yàn)檢測條件對由表3配方制成的粉末涂料涂膜進(jìn)行檢測,除耐老化、光澤、杯突有所變化外,其他的各種物理化學(xué)性能跟表2做對比都沒有變化。試驗(yàn)結(jié)果見表4。
注:耐人工加速老化性是按GB/T 16585規(guī)定,采用熒光紫外線/ 冷凝循環(huán)試驗(yàn)方法,光源為UV-B(313nm)燈管。每一循環(huán)試驗(yàn)條件為:UV 光照,60℃,4h;冷凝,50℃,4h。
由表4中可以看出固化劑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,固化劑2比固化劑1所做的配方的性能要優(yōu)異一些,因此選擇固化劑2 作為聚氨酯粉末涂料的終固化劑。
3?試驗(yàn)條件的影響
在試驗(yàn)擠出的過程中,擠出機(jī)的清理非常重要,好有專門的生產(chǎn)聚氨酯粉末涂料的擠出機(jī)和研磨機(jī),如果擠出機(jī)與研磨機(jī)中有其他涂料的殘留物,生產(chǎn)出的聚氨酯粉末涂料就會有顆粒、縮孔等弊病。
由于聚氨酯粉末涂料在烘烤固化成膜過程中,要釋放封閉劑等小分子化合物,試驗(yàn)樣板的涂膜不能太厚,否則容易產(chǎn)生針孔、氣泡等弊?。?/span>
同時由于封閉性異氰酸酯的解封溫度要求很高,決定了聚氨酯粉末涂料不能做低溫固化。
烘箱的溫度過高或者烘烤的時間過長都會引起涂膜的變黃,進(jìn)而也會影響涂膜的光澤等。
5 結(jié)語
通過探討樹脂、固化劑以及催化劑對聚氨酯粉末涂料的各種物理化學(xué)性能的影響,選擇合適的樹脂以及固化劑對聚氨酯粉末涂料的性能有著至關(guān)重要的影響,添加合適的助劑可以很大程度上改善涂膜的性能,合適的配方可以大化地節(jié)約成本。