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摘要

本文探究了建筑型材用超高硬度粉末涂料配方中聚酯樹脂的選擇、填料類型及助劑類型的選擇對涂層硬度的影響，獲得了該涂料的優(yōu)選配方，并對優(yōu)選配方進(jìn)行測試。結(jié)果顯示涂層具有優(yōu)異的硬度。本研究得到適用于建筑型材涂裝的粉末涂料，且各性能指標(biāo)均達(dá)到建筑型材相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

關(guān)鍵詞：超高硬度粉末涂料 聚酯樹脂

引言

金屬型材廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，尤其是粉末涂料噴涂的建材對環(huán)境污染小、能耗低且色彩豐富、品種多樣，越來越受消費者的青睞。目前靜電粉末噴涂已成為國內(nèi)建材表面涂裝中的熱點，使粉末涂裝的型材具有更大的發(fā)展空間。但用普通粉末涂料噴涂的型材在搬運、組裝及其所使用的環(huán)境導(dǎo)致其表面極易被刮花、碰傷，而超高硬度粉末涂料能很好地解決這個問題。因此很有必要研究出一種具有高硬度、不易劃傷、耐磨等功能的粉末涂料來適應(yīng)建筑型材市場的發(fā)展需求。

1、實驗部分

1.1 實驗儀器

靜電噴槍、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、涂層測厚儀、鉛筆硬度計、漆膜沖擊器、光澤儀、擠出機(jī)、磨粉機(jī)。

1.2 粉末涂料的制備

按表1、表2、表3、表4涂料配方制備粉末涂料，工藝流程為：配料，預(yù)混，擠出，壓片，粉碎，過篩。再通過靜電噴槍噴涂，高溫固化得到測試樣板，樣板膜厚為60～80 μm。

1.3 性能測試與表征

(1)涂層硬度：按照GB/T 6739—2006《涂膜硬度鉛筆測定法》測定涂膜硬度(9B最軟，9H最硬)。

(2)光澤：按照GB/T 9754—2007《色漆和清漆不含金屬顏料的色漆漆膜之20°、60°、85°鏡面光澤的測定》，使用60°光澤度儀測定。

(3)涂層耐沖擊性：按照GB/T 1732—2020《漆膜耐沖擊測定法》測定耐沖擊。

2、建筑型材用超高硬度粉末涂料配方設(shè)計與探討

2.1 基料樹脂的選擇

聚氨酯粉末涂料固化成膜的主要化學(xué)反應(yīng)是由羥基樹脂的羥基(—OH)和封閉性多異氰酸酯基(—NCO)之間的反應(yīng)，同其他體系相比，聚氨酯粉末具有涂膜流平好、交聯(lián)密度大、硬度高、優(yōu)良的耐候性、耐化學(xué)性和溶劑性等許多優(yōu)良的性能，能很好地滿足建筑型材要求。因此，我們選擇羥基樹脂及其固化劑作為高硬度粉末涂料的基料。目前羥基樹脂大概分為三大類，即低羥值樹脂(一般羥值在30 mgKOH/g~50 mgKOH/g之間)、中羥值樹脂(一般羥值在90 mgKOH/g~110 mgKOH/g之間)和高羥值樹脂(一般羥值在270 mgKOH/g～330 mgKOH/g之間)。所以需要先研究不同羥值樹脂對涂膜的影響。

羥基樹脂的羥基和封閉性多異氰酸酯基的反應(yīng)方程式從表1可知，羥基樹脂的羥值大小對涂膜的影響很大，整體上流平都很好，但隨著羥值的增大，硬度越來越高，其機(jī)械性能越來越差。配方1#低羥值樹脂機(jī)械性能好，但硬度只有H，后續(xù)實驗就不考慮低羥值樹脂。配方2#硬度2H機(jī)械性能好，配方3#硬度3H但機(jī)械性能差。對比配方2#和配方3#，將中羥樹脂和高羥樹脂按不同比例搭配使用，研究其對涂膜的影響。

從表2可知配方4#、配方5#、配方6#涂膜硬度都能達(dá)到3H，但配方4#機(jī)械性能差，配方5#成本高，所以選定配方6#為基礎(chǔ)配方，然后通過加填料和助劑來進(jìn)一步提高涂膜的硬度。

2.2 填料類型的選擇

涂層的硬度與主要成膜物質(zhì)、顏填料有關(guān)，當(dāng)主要成膜物質(zhì)(基礎(chǔ)配方)一定時，顏填料對涂膜硬度起決定性作用。不同類型的填料其結(jié)構(gòu)和物性也不同，所以它們對涂料的性能的影響差別也很大。隨著填料加工、合成與應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步，誕生各種功能性填料。高硬度填料在粉末涂料固化成膜時，有助于提高涂膜的硬度、耐磨性以及抗刮擦性。在粉末涂料固化成膜過程中，增硬填料在助劑的作用下遷移到粉末涂膜的表面，同時發(fā)生固化，而后微粒的一端處于表面，另一端與成膜物質(zhì)樹脂、顏料相容成膜。當(dāng)高硬度的鉛筆劃過涂膜，涂膜表面有更多平鋪的增硬填料能夠更有力地抵抗鉛筆劃破。目前市面上增硬填料品種繁多，我們通過篩選對比不同廠家、不同類型的增硬填料，最終選定一種適合粉末涂料用的復(fù)合無機(jī)增硬填料，并對其在粉末涂料中的應(yīng)用進(jìn)行探索研究，其試驗如表3。

從表3可知，在粉末涂料配方中加入復(fù)合無機(jī)增硬填料可以大大地提高涂膜的硬度，隨著填料的增大，涂膜光澤逐漸降低，硬度也逐漸增大，當(dāng)達(dá)到一定量時會影響涂膜的外觀流平和機(jī)械性能。如配方9#增加復(fù)合無機(jī)增硬填料的添加量，涂膜鉛筆硬度有9H，但涂膜表面有橘皮，沖擊開裂不通過；而且復(fù)合無機(jī)增硬填料其莫氏硬度大，加量太大對于粉末涂料擠出機(jī)、磨粉機(jī)等加工設(shè)備的磨損是不容忽視的。因此我們對配方8#通過添加助劑的途徑來進(jìn)一步改善提高涂膜的鉛筆硬度。

從表4可知添加用聚酯改性的硅氧烷助劑不會影響涂膜的外觀、光澤，但會影響涂膜的硬度。添加量直接影響涂膜硬度，配方10#加約3‰(質(zhì)量千分比)量小，涂膜滑爽性不夠，不能提高涂膜硬度；配方11#加約8‰(質(zhì)量千分比)大

大改善涂膜的滑爽性，用9H鉛筆測試，涂膜沒被劃破；配方12#加約1.5%(質(zhì)量百分比)加量大，降低涂膜硬度。

3、結(jié)語

1.綜上所述，由羥基樹脂配合異氰酸酯固化劑、復(fù)合無機(jī)增硬填料、改性硅氧烷助劑等制備的超高硬度粉末涂料其最高硬度可以達(dá)到鉛筆硬度9H，而且機(jī)械性能達(dá)到相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.復(fù)合無機(jī)增硬填料能有效地提高涂膜硬度，但加量不宜太大，否則會影響涂膜表面流平。

3.對比配方6#、7#、8#、9#，沒加復(fù)合無機(jī)增硬填料涂膜光澤80%、鉛筆硬度3H，添加復(fù)合無機(jī)增硬填料鉛筆硬度大大提高，光澤卻下降很多。

4.對比無光、高光、亞光系列涂膜在外觀、鉛筆硬度和機(jī)械性能等方面有更好的表現(xiàn)。

5.現(xiàn)有的技術(shù)水平，要制備高硬度高光澤的粉末涂料有一定的難度，這也是粉末涂料科研工作者研究的方向。

來源：2023中國粉末涂料與涂裝第一期

作者：文 / 楊金珠 劉際平 林琳藝 ( 福建萬安實業(yè)集團(tuán)有限公司 )