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高韌性聚酯粉末涂料的制備與研究

嘉峪檢測網(wǎng)        2025-07-14 17:09

摘要Abstracts

先涂裝再加工成型的工藝產(chǎn)品,對粉末涂層的耐折彎(高韌性)、抗沖擊性能有著較高的要求。本文研究了高韌性聚酯粉末涂料,主要分析不同聚酯樹脂、不同固化條件等對涂層柔韌性的影響。實驗結(jié)果表明,所制備的粉末涂層在不同的固化條件下,膜厚范圍60~100μm,有著優(yōu)異的柔韌性以及抗沖擊性能。

 

0 引言

隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格和消費者環(huán)保意識的增強,減少揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的使用成為一個迫切的問題。粉末涂料是一種不含任何溶劑的固體粉末涂料。由于其優(yōu)異的應(yīng)用性能和環(huán)保性,被廣泛應(yīng)用于金屬涂層領(lǐng)域,特別是辦公室和家用電器。近年來,粉末涂料的使用發(fā)展很快,對功能性粉末涂料的要求也逐漸加強[1]。

在家電、家裝領(lǐng)域中,粉末涂料在保證自身常規(guī)性能的同時,還需要滿足工件后期二次加工的要求[2],如:切割拼接、折彎、轉(zhuǎn)印等。在早期,這類產(chǎn)品往往采用先加工成型后涂裝的工藝,流程如圖1所示。

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該工藝主要問題在于,成型后的工件表面局部會有缺陷或是有折角部位,而粉末噴涂的過程中帶有法拉第籠電磁效應(yīng),所以在工件折角、邊緣部位的上粉率會偏低,最終影響涂層的包覆效果。為了改善這一問題,大多數(shù)廠家調(diào)整工藝順序,先涂裝后加工,流程如圖2所示。

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該工藝自動化程度、效率更高,但是對粉末涂層的柔韌性、耐沖擊性能有著較高的要求。

針對以上工藝對粉末涂層性能的要求,本文立足于粉末涂層的折彎性能(T彎測試)、耐沖擊性能測試,分析了不同類型的聚酯樹脂,不同固化條件等對涂層性能的影響,制備了高韌性的聚酯粉末產(chǎn)品。

 

1 試驗部分

1.1 實驗設(shè)備

實驗設(shè)備見表1。

高韌性聚酯粉末涂料的制備與研究

1.2 實驗材料

實驗材料見表2。

高韌性聚酯粉末涂料的制備與研究

1.3 主要性能測試方法及標(biāo)準(zhǔn)

性能測試方法及標(biāo)準(zhǔn)見表3。

高韌性聚酯粉末涂料的制備與研究

 

2 實驗方法

2.1 不同聚酯粉末涂層的制備

本實驗選取市面上3款酸值范圍分別為20~24 mgKOH/g、30~36 mgKOH/g、45~55 mgKOH/g的飽和羧基聚酯,以下簡稱聚酯A、聚酯B、聚酯C,配以異氰尿酸三縮水甘油酯(TGIC)為固化劑,再選用通用型流平助劑、助劑(安息香、催化劑、抗氧劑等)、顏料、填料進行配比,制得粉末涂料,基礎(chǔ)配方如表4。

高韌性聚酯粉末涂料的制備與研究

聚酯A、聚酯B、聚酯C按照表4的基本配方進行稱量、預(yù)混、雙螺桿擠出機熔融擠出、冷卻壓片后破碎及篩分流程制得粉末涂料,粉末粒徑控制D50:35~45 μm。制備的粉末涂料采用靜電噴涂方式噴涂于厚度為0.8 mm鋁板上,固化條件為200 ℃/10 min,涂層膜厚范圍控制在60~100 μm,最后將待測試樣板置于25 ℃下放置24 h后進行性能測試。

 

3 結(jié)語與討論

3.1 不同聚酯樹脂的性能對比

樹脂作為粉末涂層的重要組成部分,對性能有著決定性的作用。聚酯樹脂的酸值很大程度上決定涂層的交聯(lián)密度,樹脂的酸值過小(~20 mgKOH/g)可能會導(dǎo)致交聯(lián)密度不夠,或是酸值過大(≥50 mgKOH/g)導(dǎo)致交聯(lián)密度過高,剛性太強,都會影響涂層的物理性能[3]。故本實驗選取了3款不同酸值的飽和羧基聚酯,對比其柔韌性和耐沖擊性能。不同聚酯樹脂的測試結(jié)果如表5所示。

測試結(jié)果表明,隨著酸值的提升,耐沖擊性能沒有明顯的變化,涂層的柔韌性有得到改善。主要原因是酸值越高,樹脂中的活性基團越多,與固化劑反應(yīng)程度會更高,涂層的交聯(lián)密度也會變得更大,因而提升了各項物理性能。但當(dāng)酸值達到一定量時,反應(yīng)程度過高,從而導(dǎo)致交聯(lián)密度過高,涂層的剛性更強,最終影響到涂層的耐沖擊性能和柔韌性[4]。根據(jù)實驗結(jié)果得出,酸值為30~36 mgKOH/g的飽和羧基聚酯更適合作為高韌性聚酯粉末的主體樹脂。

高韌性聚酯粉末涂料的制備與研究

3.2 不同固化條件對聚酯涂層柔韌性的影響

根據(jù)上述實驗結(jié)果,選取市面上3款酸值為30~36 mgKOH/g的樹脂,以下簡稱聚酯B、聚酯D、聚酯E,按照表4的基本配方行稱量、預(yù)混、雙螺桿擠出機熔融擠出、冷卻壓片后破碎及篩分流程制得粉末涂料,粉末粒徑控制D50:35~45 μm。制備的粉末涂料采用靜電噴涂方式噴涂于厚度為0.8 mm鋁板上,固化條件分別為200 ℃/10 min,160 ℃/15 min,涂層膜厚范圍控制在60~100 μm,最后將待測試樣板置于25 ℃下放置24 h后進行性能測試。測試結(jié)果如表6、表7。

高韌性聚酯粉末涂料的制備與研究

高韌性聚酯粉末涂料的制備與研究

實驗結(jié)果表明,聚酯B、聚酯D、聚酯E粉末在200 ℃/10 min的固化條件下,耐沖擊性能和柔韌性無明顯差異。然而在客戶的實際應(yīng)用過程中,烘烤條件不一定能滿足200 ℃/10 min,因此對這3款聚酯粉末在160 ℃/15 min的固化條件下,進行研究對比。表7結(jié)果顯示,聚酯B耐沖擊測試、T彎測試均未開裂,聚酯D耐沖擊測試開裂,T彎測試輕微開裂,而聚酯E耐沖擊測試、T彎測試均開裂。對比發(fā)現(xiàn),3款聚酯樹脂有著相同的酸值,但在160 ℃/15 min的固化條件下,性能有著明顯的差異,除了反應(yīng)活性的影響,樹脂中含有柔韌性單體的數(shù)據(jù)及相對分子質(zhì)量等因素都會影響涂層耐沖擊性能和柔韌性,本實驗不作深入研究[5]。聚酯B制備的粉末涂層具有優(yōu)異的耐沖擊性能和柔韌性,即便是在160 ℃/15 min的固化條件下。

 

3.3 人工加速老化測試

選取聚酯B制備的高韌性粉末涂料(固化條件200 ℃/10 min),

對其進行人工加速老化測試(氙燈1000 h,參考標(biāo)準(zhǔn)ISO 16474-2)。測試結(jié)果如圖3,氙燈測試1000 h后,涂層的保光率約為69 %,基本上符合戶外普通耐候級別的需求[6]。

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綜上所述,本文確定高韌性聚酯粉末配方如表8所示,涂膜厚度為60~100 μm,固化條件:200 ℃/10 min。

高韌性聚酯粉末涂料的制備與研究

 

4 結(jié)語

本文研究了聚酯樹脂不同酸值對涂層柔韌性的影響,選取性能最優(yōu)的聚酯樹脂B(酸值30~36 mgKOH/g),制備的高韌性聚酯粉末,在不同固化條件下均有著優(yōu)異的柔韌性。另外,在200 ℃/10 min固化條件下的耐候性能也能滿足戶外耐候級別。

 

參考文獻

[1] 王于敏. 功能性粉末涂料的制備與性能[D]. 湖北:武漢工程大學(xué),2014.

[2] 南仁植. 粉末涂料與涂裝技術(shù)[M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,  2008.[2] 楊慶偉,滕學(xué)芳. 用于防盜門涂裝的高韌性粉末涂料技術(shù)與實施探析[J].化工設(shè)計通訊, 2016,42(3):66-67.

[3] 張俊,張華東,常林茹,等. 聚酯粉末涂料用固化劑的選擇[J]涂料工業(yè). 2003,33(12):14-16.

[4] 湯明麟,應(yīng)明友,張林杰. 高韌性粉末涂料用聚酯樹脂合成及性能研究[J].涂料技術(shù)與文摘, 2016, 37(3):23-40.[5] 楊兆攀. 聚酯樹脂用原材料(CHDM)對聚酯樹脂性能的影響探析[C].2014中國粉末涂料與涂裝年會會刊電子版, 2014[6] 劉亮,謝靜,馬志平,等. 高清木紋轉(zhuǎn)印粉末涂料用聚酯樹脂的合成及應(yīng)用研究[J]. 涂料技術(shù)與文摘, 2016, 37 (3):19-22.

 

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來源:涂料工業(yè)

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