CN108707398A - 一种用于金属构件防护的静电喷涂粉末及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涂装工艺技术领域，具体涉及一种用于金属构件防护的静电喷涂粉末及其制备方法，其中静电喷涂粉末包括如下重量份的各物质：聚酯树脂380‑420份、TGIC固化剂10‑17份、消光固化剂80‑90份、促进剂2‑5份、流平剂16‑24份、消光硫酸钡375‑400份、金红石型钛白粉245‑270份、安息香6‑10份、带负电荷的氧化石墨烯10‑20份。本发明所述粉末配方简单、配比合理，增加氧化石墨烯，提升粉末静电喷涂性能和抵抗腐蚀介质入侵的能力，具有优异的耐候性、耐蚀性，可用于各种金属构件上，如铝合金门窗、汽车车身板、飞机蒙皮等。

Description

一种用于金属构件防护的静电喷涂粉末及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂装工艺技术领域，具体涉及一种用于金属构件防护的静电喷涂粉末及其制备方法。

背景技术

金属材料是人类社会发展的重要物质基础，而金属的腐蚀问题是世界性的问题。金属的腐蚀形式千差万别，其防腐方法也多种多样。其中，油漆防腐是一种常见的防腐办法。通常，它是将一层有机物涂覆在金属表面成膜，从而起到隔绝腐蚀介质入侵钢材的作用。这种方法简便易行，但是油漆涂覆形成的膜层与金属基体的结合强度往往较弱，从而影响到对基体的保护作用；此外，油漆涂覆多为手动操作，施工者的操作经验对膜层性能影响较大。而静电粉末喷涂因其色彩多样、控制方便、环境友好、性能优良等优点，已成为欧美国家首选的表面处理方法，在我国也在迅速发展。

粉末静电喷涂是利用高压静电电晕电场的原理，在喷枪头部金属喷杯和极针接上高压负极，被喷涂工件接地形成正极，使喷枪和工件之间形成一个较强的静电电场。当作为运载气体的压缩空气，将粉末从供粉桶经粉管送到喷枪的喷杯和极针时，由于它接上高压负极产生的电晕放电，在其附近产生了密集的负电荷，使粉末带上了负电荷，进入了电场强度很高的静电场。在“异性相吸”的静电力和运载气体推动力的双重作用下，粉末均匀地飞向接地工件表面形成厚薄均匀的粉层，再加热固化转化为耐久的涂膜。

聚酯树脂常被用来制备静电喷涂粉末，这类粉末具有力学性能好、外表光泽度高、抗老化性能好等优点，但其耐腐蚀性能差；另外，在恶劣的腐蚀环境中，腐蚀介质会通过入侵涂层和基体的结合界面，进一步降低聚酯树脂涂层对金属基体的保护作用。

发明内容

基于上述原因，本申请提供一种用于金属构件防护的静电喷涂粉末及其制备方法，其成分较为简单，耐腐蚀性能优异、与金属基体结合强度高的静电喷涂粉末，可以更好发挥其对金属构件的保护作用。

为解决上述技术问题，本申请提供一种用于金属构件防护的静电喷涂粉末，包括如下重量份的各物质：

聚酯树脂380-420份

TGIC固化剂10-17份

消光固化剂80-90份

促进剂2-5份

流平剂16-24份

消光硫酸钡375-400份

金红石型钛白粉245-270份

安息香6-10份

带负电荷的氧化石墨烯10-20份。

作为本发明改进的技术方案，原料按重量份包括：

聚酯树脂395-405份

TGIC固化剂12-15份

消光固化剂84-87份

促进剂2.5-4.0份

流平剂19-21份

消光硫酸钡382-391份

金红石型钛白粉253-261份

安息香7-9份

氧化石墨烯12-17份。

作为本发明改进的技术方案，所述的氧化石墨烯为在混酸溶液中采用高锰酸钾与双氧水氧化石墨烯制备而得；混酸溶液由浓硫酸和浓磷酸按体积份数9:1制备而成，其中浓硫酸的质量百分含量为98%，浓磷酸的质量百分含量为85%；高锰酸钾与双氧水的摩尔比为2:5。

本发明的另一目的是提供用于金属构件防护的静电喷涂粉末的制备方法，包括如下步骤：

室温下，先在球磨机中加入氧化石墨烯和50%配比量聚酯树脂，混合5~10小时；

再在高能粉碎机中加入上述混合粉末、剩余50%配比量聚酯树脂以及TGIC固化剂、消光固化剂、促进剂、流平剂、消光硫酸钡、金红石型钛白粉和安息香，粉碎1~5分钟；

将粉碎后的粉末在100℃下进行熔融挤出和破碎；

最后，将破碎后的粉末研磨并筛分出所需粒度的粉末。

作为本发明改进的技术方案，筛分设置的粉末粒径为100~200目。

作为本发明改进的技术方案，球磨机的球磨罐转速为400~600 r/min，高能粉碎机的转速为5000~6000 r/min。

本发明的有益效果是：

本发明所述粉末配方简单、配比合理，添加的氧化石墨烯显示出负电，且配方中其他成分能有效保持氧化石墨烯表面的负电荷，在静电喷涂过程中更容易和带正电的金属基体紧密结合，提升粉末的静电喷涂性能，使得制备出的涂层与基体的结合强度高；此外，氧化石墨烯可在粉末制备的涂层中形成物理隔绝层，阻止腐蚀介质入侵，提高涂层的耐腐蚀性能。

另，聚酯树脂、TGIC固化剂、安息香以及其他成分配合，使得静电喷涂后的涂层具有较好的附着力又具有较好的力学性能，同时使得构件表面色泽均匀。

因此，由上述组分制备的涂层可用于金属构件上，如铝合金门窗、汽车车身板、飞机蒙皮等。

具体实施方式

为了使本发明现实的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

本申请的高耐蚀静电喷涂粉末，用于金属构件防护的静电喷涂粉末的制备方法，包括如下步骤：

室温下，先在球磨机中加入氧化石墨烯和50%配比量聚酯树脂，混合5~10小时；球磨机的球磨罐转速为400~600 r/min；其中氧化石墨烯为在混酸溶液中采用高锰酸钾与双氧水氧化石墨烯制备而得；混酸溶液由浓硫酸和浓磷酸按体积份数9:1制备而成，其中浓硫酸的质量百分含量为98%，浓磷酸的质量百分含量为85%；高锰酸钾与双氧水的质量比为2：5。此方案制备的氧化石墨烯价格低廉，但是其极限强度与弹性模量与昂贵的碳纳米管相当，且比表面积大，有利于阻止腐蚀介质入侵涂层。同时，也能采用其他任意能制备带负电荷氧化石墨烯的方式制备氧化石墨烯。

再在高能粉碎机中加入上述混合粉末、剩余50%配比量聚酯树脂以及TGIC固化剂、消光固化剂、促进剂、流平剂、消光硫酸钡、金红石型钛白粉和安息香，粉碎1~5分钟；高能粉碎机的转速为5000~6000 r/min；

将粉碎后的粉末在100℃下进行熔融挤出和破碎；熔融促使聚酯聚酯、TGIC固化剂、消光固化剂、促进剂、流平剂、安息香等有机成分混合，部分发生反应、部分发生交联后形成含有大量酯基、环氧基、苯环以及羟基的物质，并且消光硫酸钡与金红石型钛白粉固态成分均匀分散该物质中，并不发生沉降；

最后，将破碎后的粉末研磨并筛分出所需粒度的粉末，筛分设置的粉末粒径为100~200目。

本申请选用的消光固化剂选自中国专利CN101880490A 、CN1247714C、以及CN104744989A公开的固化剂；也可以选自固化剂Primid和固化剂HA368。

实施例1

本实施例的用于金属构件防护的静电喷涂粉末，原料按重量份包括：聚酯树脂380份、TGIC固化剂10份、消光固化剂80份、促进剂2份、流平剂16份、消光硫酸钡375份、金红石型钛白粉245份、安息香6份、氧化石墨烯10份。

所述氧化石墨烯为在混酸溶液中采用高锰酸钾、双氧水氧化石墨烯制备而得，混酸溶液由浓硫酸（质量浓度98%）和浓磷酸（质量浓度85%）按体积份数9:1制备而成。

在制备得到氧化石墨烯的基础上，制得静电喷涂粉末的步骤为：室温下，先在球磨机中加入氧化石墨烯和190份聚酯树脂，混合5小时；再在高能粉碎机中加入上述混合粉末、剩余190份聚酯树脂以及TGIC固化剂、消光固化剂、促进剂、流平剂、消光硫酸钡、金红石型钛白粉和安息香，粉碎3分钟；将混合后的粉末在100℃下进行熔融挤出和破碎；最后，将破碎后的粉末研磨并筛分出所需粒度的粉末。

实施例2

本实施例的用于金属构件防护的静电喷涂粉末，原料按重量份包括：聚酯树脂400份、TGIC固化剂13.5份、消光固化剂85份、促进剂3份、流平剂20份、消光硫酸钡387份、金红石型钛白粉258份、安息香8份、氧化石墨烯15份。

所述氧化石墨烯为在混酸溶液中采用高锰酸钾、双氧水氧化制备而得，混酸溶液由浓硫酸（质量浓度98%）和浓磷酸（质量浓度85%）按体积份数9:1制备而成。

在制备得到氧化石墨烯的基础上，制得静电喷涂粉末的步骤为：室温下，先在球磨机中加入氧化石墨烯和200份聚酯树脂，混合8小时；再在高能粉碎机中加入上述混合粉末、剩余200份聚酯树脂以及TGIC固化剂、消光固化剂、促进剂、流平剂、消光硫酸钡、金红石型钛白粉和安息香，粉碎1分钟；将混合后的粉末在100℃下进行熔融挤出和破碎；最后，将破碎后的粉末研磨并筛分出所需粒度的粉末。

实施例3

本实施例的用于金属构件防护的静电喷涂粉末，原料按重量份包括：聚酯树脂420份、TGIC固化剂17份、消光固化剂90份、促进剂5份、流平剂24份、消光硫酸钡400份、金红石型钛白粉270份、安息香10份、氧化石墨烯20份。

所述氧化石墨烯为在混酸溶液中采用高锰酸钾、双氧水氧化制备而得，混酸溶液由浓硫酸（质量浓度98%）和浓磷酸（质量浓度85%）按体积份数9:1制备而成。

在制备得到氧化石墨烯的基础上，制得静电喷涂粉末的步骤为：室温下，先在球磨机中加入氧化石墨烯和210份聚酯树脂，混合10小时；再在高能粉碎机中加入上述混合粉末、剩余210份聚酯树脂以及TGIC固化剂、消光固化剂、促进剂、流平剂、消光硫酸钡、金红石型钛白粉和安息香，粉碎5分钟；将混合后的粉末在100℃下进行熔融挤出和破碎；最后，将破碎后的粉末研磨并筛分出所需粒度的粉末。

实施例4

本实施例的用于金属构件防护的静电喷涂粉末，原料按重量份包括：聚酯树脂395份、TGIC固化剂12份、消光固化剂84份、促进剂2.5份、流平剂19份、消光硫酸钡382份、金红石型钛白粉253份、安息香7份、氧化石墨烯12份。

所述氧化石墨烯为在混酸溶液中采用高锰酸钾、双氧水氧化制备而得，混酸溶液由浓硫酸（质量浓度98%）和浓磷酸（质量浓度85%）按体积份数9:1制备而成。

在制备得到氧化石墨烯的基础上，制得静电喷涂粉末的步骤为：室温下，先在球磨机中加入氧化石墨烯和197.5份聚酯树脂，混合9小时；再在高能粉碎机中加入上述混合粉末、剩余197.5份聚酯树脂以及TGIC固化剂、消光固化剂、促进剂、流平剂、消光硫酸钡、金红石型钛白粉和安息香，粉碎4分钟；将混合后的粉末在100℃下进行熔融挤出和破碎；最后，将破碎后的粉末研磨并筛分出所需粒度的粉末。

实施例5

本实施例的用于金属构件防护的静电喷涂粉末，原料按重量份包括：聚酯树脂405份、TGIC固化剂15份、消光固化剂87份、促进剂4份、流平剂21份、消光硫酸钡391份、金红石型钛白粉261份、安息香9份、氧化石墨烯17份。

所述氧化石墨烯为在混酸溶液中采用高锰酸钾、双氧水氧化制备而得，混酸溶液由浓硫酸（质量浓度98%）和浓磷酸（质量浓度85%）按体积份数9:1制备而成。

在制备得到氧化石墨烯的基础上，制得静电喷涂粉末的步骤为：室温下，先在球磨机中加入氧化石墨烯和202.5份聚酯树脂，混合10小时；再在高能粉碎机中加入上述混合粉末、剩余202.5份聚酯树脂以及TGIC固化剂、消光固化剂、促进剂、流平剂、消光硫酸钡、金红石型钛白粉和安息香，粉碎5分钟；将混合后的粉末在100℃下进行熔融挤出和破碎；最后，将破碎后的粉末研磨并筛分出所需粒度的粉末。

实施例1-5粉末制备的涂层性能测试如下：

附着力测试：用百格刀在实施例1-5制得粉末的静电喷涂涂层表面划出10横10纵、间距1 mm宽的小方格（划痕深及基材），除去表面碎屑，用3M（250）胶布覆盖住刻痕，用拇指指腹在胶带上来回摩擦（不可有气泡），以与测试面成90度角度迅速垂直将胶带从表面拉起，同一位置测试3次，若每个测试小方格脱落面积不超过小方格面积的1/3，并且最多只有不相邻的3个小方格脱落，则附着力良好。经过上述操作，记录各个小方格内的平均脱落面积。

腐蚀性能测试：按GB/T 9271的规定处理每一块试板，试板尺寸为150mm×100mm×1mm。在试样板上制备涂层，将试样板挂入烟雾试验箱中，与垂线夹角是20°±5°。在盐雾试验箱内，将含有5±0.5%氯化钠、pH值为6.5~7.2的盐水通过喷雾装置进行喷雾，让盐雾沉降到待测试件上，经过一定时间观察其表面腐蚀状态。试验箱的温度要求在35±2℃，湿度大于95%，降雾量为1~2mL/(h·cm²)，喷嘴压力为78.5~137.3kPa。经过上述操作，记录涂层耐中性盐雾腐蚀而不产生明显氧化物的时间。

上述实施例1~实施例5制备的静电喷涂层的附着力测试中涂层剥落面积和耐中性盐雾腐蚀时间，其检测结果如表1所示。

表1 实施例1-5的性能测试

实施例	平均脱落面积	耐中性盐雾腐蚀时间/h
			1	≤1/5	590
2	≤1/5	620
			3	≤1/6	640
4	≤1/6	650
			5	≤1/7	680

相对于现有技术海洋防腐配方，如CN104277664B 一种海洋防腐涂料 以及CN106867371A 一种铝型材用低光泽抗弯曲热转印粉末涂料及其制备方法；工艺更简单，附着性能及耐蚀性能更佳。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于金属构件防护的静电喷涂粉末，其特征在于，包括如下重量份的各物质：

聚酯树脂380-420份

TGIC固化剂10-17份

消光固化剂80-90份

促进剂2-5份

流平剂16-24份

消光硫酸钡375-400份

金红石型钛白粉245-270份

安息香6-10份

带负电荷的氧化石墨烯10-20份。

2.根据权利要求1所述的用于金属构件防护的静电喷涂粉末，其特征在于，原料按重量份包括：

聚酯树脂395-405份

TGIC固化剂12-15份

消光固化剂84-87份

促进剂2.5-4.0份

流平剂19-21份

消光硫酸钡382-391份

金红石型钛白粉253-261份

安息香7-9份

氧化石墨烯12-17份。

3.根据权利要求1所述的用于金属构件防护的静电喷涂粉末，其特征在于，所述氧化石墨烯为在混酸溶液中采用高锰酸钾与双氧水氧化石墨烯制备而得；混酸溶液由浓硫酸和浓磷酸按体积份数9:1制备而成，其中浓硫酸的质量百分含量为98%，浓磷酸的质量百分含量为85%；高锰酸钾与双氧水的摩尔比为2:5。

4.根据权利要求1~3任一所述的用于金属构件防护的静电喷涂粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

室温下，先在球磨机中加入氧化石墨烯和50%配比量聚酯树脂，混合5~10小时；

再在高能粉碎机中加入上述混合粉末、剩余50%配比量聚酯树脂以及TGIC固化剂、消光固化剂、促进剂、流平剂、消光硫酸钡、金红石型钛白粉和安息香，粉碎1~5分钟；

将粉碎后的粉末在100℃下进行熔融挤出和破碎；

最后，将破碎后的粉末研磨并筛分出所需粒度的粉末。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，筛分设置的粉末粒径为100~200目。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，球磨机的球磨罐转速为400~600 r/min，高能粉碎机的转速为5000~6000 r/min。