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家電粉末涂料：家電用高韌性粉末涂料的研制

日期: 2021-03-09

0 1引言

近年來

，隨著白色家電加工生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)潔化新要求的提出，大多數(shù)白色家電廠對(duì)粉末涂料產(chǎn)品的技術(shù)也要求升級(jí)

。為了解決邊角上粉困難

、降低加工成本的問題，家電廠家提出了工件噴涂粉末涂料后能在180℃/10min固化

，涂層膜厚100~150μm條件下，進(jìn)行加工成型而折彎處涂層不出現(xiàn)裂痕的需求

，這種工藝就是鈑金工藝

。即是針對(duì)金屬薄板(通常在6mm以下)的一種綜合冷加工工藝，包括剪

、沖/切/復(fù)合

、折、焊接

、鉚接

、拼接

、成型

。這就需要涂層具有優(yōu)異的柔韌性，涂層能承受工件加工過程而不破損

，同時(shí)要求涂料產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐天然氣過烘烤黃變性能

。針對(duì)這些新的技術(shù)要求，擬研究一種具有高韌性的粉末涂料產(chǎn)品

，同時(shí)在常溫和-10℃冷藏1h后對(duì)涂層進(jìn)行T彎（0T）測(cè)試和改進(jìn)

；在恒溫烤箱里200℃/1h

，要求達(dá)到涂層色差△E≤0.8

，實(shí)現(xiàn)對(duì)于溶劑型涂料的部分替代

。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料
飽和型聚酯樹脂（A、B）：興隆樹脂化工建材公司

；飽和型聚酯樹脂（C

、D）：擎天材料科技有限公司；金紅石型二氧化鈦：杜邦公司

；硫酸鋇：欣美化工有限公司；異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC）

、羥基酰胺類物質(zhì)

、粉末涂料通用顏料、粉末涂料通用助劑（安息香

、流平劑

、抗氧劑、固化促進(jìn)劑等）

、增韌助劑（A

、B

、C

、D）：市售。以上均為工業(yè)級(jí)

。

1.2 主要設(shè)備和實(shí)驗(yàn)儀器
雙螺桿擠出機(jī)（SLJ-30E型）：山東凌宇通用設(shè)備有限公司

；萬(wàn)能中藥粉碎機(jī)（DFY-500）：溫嶺市林大機(jī)械；磨粉系統(tǒng)（ACM-02型）：煙臺(tái)東源化工設(shè)備有限公司

；小型靜電噴涂設(shè)備（SURECOAT型）

；諾信靜電噴槍；高溫烘箱（GPH-30）：愛斯佩克環(huán)境儀器（上海）有限公司

；沖擊試驗(yàn)儀：昆山市精佳儀器設(shè)備有限公司；粉末涂料測(cè)定儀（FT-201）：寧波瑞柯偉業(yè)儀器有限公司

；差示掃描量熱儀（DSC）：上海和晟儀器科技有限公司

；彎曲試驗(yàn)機(jī)（QZWT型）：精科；臥式冰箱（BDF-40H100）：博科

。

1.3 粉末涂料及涂層制備
按設(shè)計(jì)配方稱取各組分

，用萬(wàn)能中藥粉碎機(jī)充分預(yù)混合完畢后通過雙螺桿擠出機(jī)在設(shè)定溫度下進(jìn)行熔融擠出，擠出片料經(jīng)冷卻

、粉碎、過篩、靜電噴涂

、熱固化成膜

，最后對(duì)涂膜進(jìn)行性能測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 樹脂的選擇
聚酯粉末涂料因其具有優(yōu)良的耐候性

、耐化學(xué)品性和機(jī)械性能等優(yōu)點(diǎn)

，已經(jīng)在道路標(biāo)志、汽車工業(yè)

、交通器材、建筑材料

、家用電器

、農(nóng)業(yè)機(jī)械等諸多戶外涂裝領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用

。本文研究的是應(yīng)用于家電領(lǐng)域的高韌性粉末涂料

，如空調(diào)室外機(jī)，其長(zhǎng)期裸露在外部環(huán)境中

，如受陽(yáng)光

、雨水侵蝕等，故其涂裝的粉末涂料要求具有優(yōu)良的耐候性能

、耐化學(xué)品性。同時(shí)

，上文提到

，為了簡(jiǎn)化加工過程，解決死角上粉困難

，重復(fù)加工帶來的成本增加問題

，家電廠采用了鈑金工藝，即先噴涂后加工成型工藝

，這就要求涂層具有優(yōu)良的柔韌性

，不會(huì)在加工過程中彎曲處出現(xiàn)破損或是裂痕，影響其后續(xù)的保護(hù)功能

。

綜合上述要求，本研究選擇了聚酯樹脂作為高韌性粉末涂料的樹脂部分

。
目前市場(chǎng)上常用的粉末涂料用聚酯樹脂分為兩類

，一是飽和型聚酯樹脂，二是不飽和型聚酯樹脂

。不飽和型聚酯樹脂分子鏈中還含有部分不飽和鍵

，如雙鍵，這些不飽和鍵也決定了這類聚酯樹脂不會(huì)應(yīng)用于耐候型粉末涂料中，故在本研究中選擇飽和型聚酯樹脂作為樹脂主體

。目前粉末涂料行業(yè)常用的飽和型聚酯樹脂通常為端羥基聚酯樹脂，端羧基聚酯樹脂因合成技術(shù)更為復(fù)雜

，使用較少

。但是低、中酸值的飽和型端羧基聚酯樹脂制備的純聚酯粉末涂料在耐候性

、裝飾性

、施工性以及存儲(chǔ)穩(wěn)定性等方面具有優(yōu)勢(shì)，綜合端羧基聚酯樹脂的優(yōu)點(diǎn)與本研究涂料產(chǎn)品的性能需求

，本研究采用酸值相對(duì)較低的4種飽和型端羧基聚酯樹脂進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

，通過多項(xiàng)性能測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證

，選出合適的聚酯樹脂作為粉末涂料的樹脂主體

。

本研究采用4種兩步法合成的飽和端羧基聚酯樹脂（以下簡(jiǎn)稱為樹脂A、樹脂B

、樹脂C

、樹脂D）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4種樹脂的酸值（mgKOH/g）依次分別為20~30

，30~45

，45~55，55~65

。以異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC）為固化劑，選用通用型流平劑

、安息香

、固化促進(jìn)劑、抗氧劑和顏料

，不添加填料配制粉末涂料

，對(duì)比了不同類型聚酯樹脂對(duì)涂膜性能的影響，結(jié)果如表1所示

。

表1數(shù)據(jù)表明

，在一定程度下，隨著樹脂酸值的提高

，涂層的柔韌性性能變強(qiáng)，這是因?yàn)闃渲嶂翟礁?div id="m50uktp" class="box-center"> ，意味著一定質(zhì)量的樹脂中含有的活性官能團(tuán)越多

，與固化劑的反應(yīng)越復(fù)雜，涂層的交聯(lián)程度越高，涂層的各項(xiàng)機(jī)械性能

、耐化學(xué)性能等越好

。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示，選用樹脂酸值提高

，涂層的柔韌性等機(jī)械性能變強(qiáng)

；但隨著選用樹脂的酸值達(dá)到一定程度

，由于酸值高

，涂層交聯(lián)程度太高，涂層的剛性太強(qiáng)

，涂層不能承受彎曲形變帶來的張力變化

，涂層開始破損，甚至脫離基材

，無(wú)法達(dá)到應(yīng)有的保護(hù)作用

。另一方面，從表中可以看到

，不添加增韌助劑

，單獨(dú)使用樹脂B制備的涂料產(chǎn)品在-10℃下冷藏1h后進(jìn)行0T

，折彎處還是出現(xiàn)微小的裂痕，但從整體性能看

，樹脂B性能相對(duì)其他3種樹脂要突出

。故選擇樹脂B作為本研究的樹脂主體。圖1為柔韌性測(cè)試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖片

。

2.2 固化劑的選擇
固化劑是粉末涂料的重要組成部分

，它對(duì)涂料的生產(chǎn)，運(yùn)輸儲(chǔ)存以及應(yīng)用性能都有著重要作用

，目前聚酯樹脂用固化劑有以下幾類

，分別是三聚氰胺樹脂

、封閉型異氰酸酯

、異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC）、酸酐

、羥基酰胺類物質(zhì)等

，其中目前應(yīng)用最為廣泛的是異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC）和羥基酰胺類物質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)過程中以樹脂B作為主體樹脂

，選用通用型二氧化鈦

、流平劑、安息香、抗氧劑

、固化促進(jìn)劑和顏料，對(duì)比了異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC）和羥基酰胺類物質(zhì)2種固化劑對(duì)于涂膜性能的影響

。涂膜厚度在（150±5）μm

。
表2數(shù)據(jù)表明，單純從柔韌性

、抗沖擊以及附著力等方面來看

，聚酯/TGIC與聚酯/HAA體系在本研究范圍內(nèi)，這幾項(xiàng)涂層性能兩者都是在預(yù)期設(shè)想的性能需求中的

，但從其他幾項(xiàng)性能要求如過烘烤和涂層外觀方面來看

，聚酯/TGIC的涂層外觀和過烘烤耐黃變要比聚酯/HAA體系要好。綜合各個(gè)方面

，結(jié)合各項(xiàng)性能要求，本研究選擇聚酯/TGIC體系作為涂料的固化體系

。

2.3 增韌助劑的選擇
通過前期試驗(yàn)與研究

，選用的4種對(duì)于涂層的柔韌性等性能均具有不同程度的影響，因此決定通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)

，全面分析這4種增韌助劑的綜合性能

，進(jìn)而找到我們想要的助劑種類。

為了進(jìn)一步探究增韌助劑對(duì)于涂料涂層性能的影響

，試驗(yàn)以聚酯樹脂B作為樹脂體系

，TGIC作為固化劑，選用通用型二氧化鈦

、流平劑

、安息香、抗氧劑

、固化促進(jìn)劑和顏料

，對(duì)比了4種增韌助劑（助劑1、助劑2

、助劑3

、助劑4）對(duì)于涂層性能的影響。其中

，增韌助劑1為熱塑性彈性體

，參與反應(yīng)；增韌助劑2

、3為橡膠類增韌劑

，參與反應(yīng)

；，增韌助劑4為非活性增韌劑

，不參與反應(yīng)

；結(jié)果如表3所示。表中聚酯樹脂200份

，TGIC為11份

，二氧化鈦為80份，通用型流平劑為2.2份

、安息香為2份

、抗氧劑1.5份、固化促進(jìn)劑0.8份

、顏料適量

，固化條件180℃/10min，涂膜厚度在（150±5）μm

。

表3數(shù)據(jù)表明

，4種增韌助劑對(duì)于涂層柔韌性增強(qiáng)效果不同。其中助劑1的作用效果相比于其他3種助劑要更好

。添加了助劑1之后

，涂層的柔韌性得到了提高，未添加前涂料涂層在-10℃下冷藏1h后涂層0T彎時(shí)

，折彎處有微小的裂痕

，而添加之后，情況大有改善

，此項(xiàng)性能也達(dá)到了預(yù)期的涂層柔韌性性能要求

。致使涂層韌性大為改善的原因可能是熱塑性彈性體助劑1在參與固化反應(yīng)過程中

，在樹脂與固化劑形成的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中形成了半互穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得涂層的柔韌性大大地提高了

；而其余3種增韌助劑

，對(duì)于涂層柔韌性的提高并不顯著。綜合考慮

，故選擇助劑1作為本研究涂料產(chǎn)品的增韌助劑

。圖2為實(shí)驗(yàn)結(jié)果照片。

2.4 家電用高韌性粉末涂料配方的確定
綜上所述

，應(yīng)用于家電用高韌性粉末涂料配方如表4所示

。涂膜厚度在（150±5）μm，固化工藝：180℃/10min固化

。
3 結(jié)語(yǔ)

以聚酯/TGIC固化體系為成膜物下制備的家電用高韌性粉末涂料產(chǎn)品能夠滿足高韌性粉末涂料在鈑金工藝下要求達(dá)到的優(yōu)異的附著力以及優(yōu)異的柔韌性等性能方面的需求

，涂層不管是在常溫25℃還是在-10℃下冷藏1h后，涂層0T測(cè)試時(shí)均表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性

。同時(shí)

，本研究制備的涂料涂層在過烘烤時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)良的耐過烘烤黃變性能。

本研究制備的家電用高韌性粉末涂料在同樣工作環(huán)境下可以與溶劑性涂料相對(duì)比

，與溶劑性涂料的各項(xiàng)性能基本一致

，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于溶劑性涂料的部分替代。

上一篇：噴涂粉末涂料

；粉末涂料利用率高達(dá)95%以上

！

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