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建筑型材用超高硬度粉末涂料配方設計與探討

嘉峪檢測網(wǎng) 2024-06-24 17:14

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)選配方進行測試。結果顯示涂層具有優(yōu)異的硬度。本研究得到適用于建筑型材涂裝的粉末涂料，且各性能指標均達到建筑型材相關國家標準的要求。

關鍵詞：超高硬度粉末涂料聚酯樹脂

引言

金屬型材廣泛應用于建筑行業(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、電熱恒溫鼓風干燥箱、涂層測厚儀、鉛筆硬度計、漆膜沖擊器、光澤儀、擠出機、磨粉機。

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反應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，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，其機械性能越來越差。配方1#低羥值樹脂機械性能好，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機械性能好，配方3#硬度3H但機械性能差。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#涂膜硬度都能達到3H，但配方4#機械性能差，配方5#成本高，所以選定配方6#為基礎配方，然后通過加填料和助劑來進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、顏填料有關，當主要成膜物質(基礎配方)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構和物性也不同，所以它們對涂料的性能的影響差別也很大。隨著填料加工、合成與應用技術的進步，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，另一端與成膜物質樹脂、顏料相容成膜。當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合無機增硬填料，并對其在粉末涂料中的應用進行探索研究，其試驗如表3。

從表3可知，在粉末涂料配方中加入復合無機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，當達到一定量時會影響涂膜的外觀流平和機械性能。如配方9#增加復合無機增硬填料的添加量，涂膜鉛筆硬度有9H，但涂膜表面有橘皮，沖擊開裂不通過；而且復合無機增硬填料其莫氏硬度大，加量太大對于粉末涂料擠出機、磨粉機等加工設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%(質量百分比)加量大，降低涂膜硬度。

3、結語

1.綜上所述，由羥基樹脂配合異氰酸酯固化劑、復合無機增硬填料、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到鉛筆硬度9H，而且機械性能達到相關的國家標準要求。

2.復合無機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#，沒加復合無機增硬填料涂膜光澤80%、鉛筆硬度3H，添加復合無機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、鉛筆硬度和機械性能等方面有更好的表現(xiàn)。

5.現(xiàn)有的技術水平，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)集團有限公司 )

來源：Internet

建筑型材用超高硬度粉末涂料配方設計與探討

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