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环氧树脂聚酯树脂粉末涂料(Epoxy-Polyester Hybird Powder Coatings)是在欧洲首先发明并实现工业化生产的。在世界粉末涂料总产量中约占50%,国外称这种粉末涂料为混合型粉末涂料。
因该体系粉末涂料应用范围广、工艺简单、易于制造、成本较低、其涂膜具有流平性好、光泽高、物理机械性能和耐化学药品性能好的特点,是一种通用型粉末涂料,因此各国发展都很快,现已成为粉末涂料的主导产品。
“顾名思义”该粉末涂料的配方设计,应选用相匹配的环氧树脂与聚酯树脂交联而成,其固化反应是由环氧树脂中的环氧基与聚酯树脂中的羧基交联成膜,反应式如下:
O
||
R-O-CH2-CH-CH2+HOOC-R→R-O-CH2-CH-CH2-O-C-R’ ~~~
\ / |
O OH
1. 配方设计原理
环氧树脂与聚酯树脂的配比,可参照环氧值和酸值来调整两种树脂的不同用量,制造出性能各异的粉末涂料。
如环氧树脂中的环氧基与聚酯树脂中的羧基等当量反应,则两种树脂配比的理论值为:
G=
式中:G:100环氧树脂所需要配聚酯树脂的量
A:聚酯树脂的酸值
E:环氧树脂的环氧值
根据环氧树脂的环氧值和聚酯树脂的酸值,由表1可查出两种树脂的合理配比。如两者配比不当,将会使涂膜的交联密度降低,造成涂膜的物理机械性能和耐化学药品性能下降。所以两种合成树脂的合理配比对涂膜性能的影响至关重要。
表1 每100份环氧树脂所需聚酯树脂配量的理论值
聚酯酸值 | 环 氧 值 | |||||
0.09 | 0.10 | 0.11 | 0.12 | 0.13 | 0.14 | |
70 | 72.1 | 80.1 | 88.2 | 96.2 | 104.2 | 112.2 |
71 | 71.1 | 79 | 86.9 | 94.8 | 102.7 | 110.6 |
72 | 70.1 | 77.9 | 85.7 | 93.5 | 101.3 | 109.1 |
73 | 69.2 | 76.8 | 84.5 | 92.2 | 99.9 | 107.6 |
74 | 68.2 | 75.8 | 83.4 | 91 | 98.6 | 106.1 |
75 | 67.3 | 74.6 | 82.3 | 89.8 | 97.2 | 104.7 |
76 | 66.4 | 73.8 | 81.2 | 88.6 | 96 | 103.3 |
77 | 65.6 | 72.9 | 80.1 | 87.4 | 94.7 | 102 |
78 | 64.7 | 71.9 | 79.1 | 86.3 | 93.5 | 100.7 |
79 | 63.9 | 71 | 78.1 | 85.2 | 92.3 | 99.4 |
80 | 63.1 | 70.1 | 77.1 | 84.1 | 91.2 | 98.2 |
81 | 62.3 | 69.3 | 76.2 | 83.1 | 90 | 97 |
82 | 61.6 | 68.4 | 75.3 | 82.1 | 88.9 | 95.8 |
83 | 60.8 | 67.6 | 74.3 | 81.1 | 87.9 | 91.6 |
84 | 60.1 | 66.8 | 73.5 | 80.1 | 86 | 93.5 |
85 | 59.4 | 66 | 72.6 | 79.2 | 85.8 | 92.4 |
注: 环氧值=
2.配方设计要点和技术参数
该粉末涂料的组分中,随着聚酯树脂用量的增加,涂膜的流平性、光泽度、耐候性有所改善,耐过度烘烤,抗泛黄性相应提高;反之耐碱性及硬度有所下降。根据聚酯树脂的酸值相应调整环氧树脂的用量和型号,可配制出性能不同的粉末涂料,这是主要成膜物质之间的调整,因此要注意两种树脂的反应性和交联的平衡关系。
环氧树脂聚酯树脂粉末涂料的固化条件一般为1800C/10min,如在配方中添加0.05%~0.2%咪唑类和苄基类固化促进剂,可加速开环反应的进行;也可添加3%~5%金属氧化物,如氧化锌、氧化铝、氧化锆等,以降低固化时间,但加入量不能过大,固化速度的快慢主要还是靠两种树脂间的官能团密度分布状态起作用。
3.环氧树脂聚酯树脂粉末涂料的应用场合及配方实例
3.1应用场合
环氧树脂聚酯树脂粉末涂料因具有环氧树脂粉末涂料和聚酯树脂粉末涂料的双重优越性,所以其应用范围也较为广泛。
◇ 家电行业:冰箱、洗衣机、微波炉、热水器和电饭锅等;
◇ 仪器仪表行业:仪器仪表外壳、医疗器械和光学仪器等的涂装;
◇ 轻工行业:照明灯具、钢制家具和日用铝制品等;
◇ PCM钢板(金属预涂钢板):西欧现已实用化,其固化条件为
◇ 其他行业:货架、书架、商业机械等。
3.2 配方实例
例1 白色有光粉末涂料(质量份)
环氧树脂 | 25 | 群青和永固紫 | 适量 |
钛白粉(R型) | 12 | 聚酯树脂 | 25 |
氧化锌 | 3 | 硫酸钡 | 5 |
流平剂 | 0.6 | 增光剂 | 0.7 |
安息香 | 0.3 | 总计 | 71.6 |
例2 白色有光粉末涂料(质量份)
环氧树脂 | 35.4 | 钛白粉 | 17 |
聚酯树脂 | 35.4 | 氧化锌 | 4.3 |
硫酸钡 | 5.7 | 流平剂 | 0.8 |
增光剂 | 1 | 颜料 | 适量 |
安息香 | 0.4 | 合计 | 100 |
例3 棕色有光粉末涂料(质量份)
环氧树脂 | 27 | 聚酯树脂 | 27 |
钛白粉(R型) | 3 | 硫酸钡 | 4.5 |
氧化锌 | 3 | 轻质碳酸钙 | 2 |
增光剂 | 0.8 | 流平剂 | 0.7 |
安息香 | 0.4 | 氧化铁红 | 2.4 |
中铬黄 | 2.6 | 氧化铁蓝 | 0.4 |
甲苯胺红 | 1 | 炭黑 | 0.2 |
合计 | 75 |
例4 铁红色有光粉末涂料(质量份)
氧化树脂 | 37.9 | 聚酯树脂 | 37.9 |
钛白粉(R型) | 4.2 | 增光剂 | 1.1 |
流平剂 | 0.8 | 安息香 | 0.6 |
氧化铁红 | 9 | 合计 | 91.5 |
从以上4例设计的配方可以看出,同是有光粉末,但原材料的配比已有差异,前2例白色配方为加强涂膜遮盖力和白度,适量增加了白色颜料,以群青颜料削除树脂和填料中的黄色,用永固紫颜料增加涂膜的白度。
后2例配方考虑到深色粉末,颜料用量较大,吸油量增加,会影响涂膜的润湿性,增光剂也多加了一些,以提高光泽。因颜料遇空气吸潮,配方中也啬了安息香的用量,以减缓涂膜表面的封闭速度,排队涂膜固化时放出的气体,消除缩孔、针孔等弊病。制造环氧聚酯树粉末涂料所采用的生产设计与环氧树脂粉末涂料类似,其生产工艺流程分下列步骤进行。
树脂粗破碎-配料-预混合-熔融混炼-压片冷却-细破碎-分级筛选-检验-装箱-编号-包装-入库。
上述工艺流程就是先将两种树脂破碎至20-60目上,将槽糕加入高速混合机内,混合5~15min后再进入挤出机(单螺杆或双螺杆)混炼,挤出机送料段温度为60~80℃,出料段温度为110~130℃,出料压片冷却,再进入粉碎筛选机组(即ACM磨)破碎分级过筛,粉碎粒度180目以上100%通过,通过检验合格装箱(20kg)编号(备查)入库待发。
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