CN109554035A - 一种环保型热固性粉末涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环保型热固性粉末涂料。本发明所提供环保型热固性粉末涂料包括以下重量份原料：FEVE氟碳树脂30‑50份；聚酯树脂30‑50份；固化剂5‑10份；有机锆类催化剂0.3‑1份；金红石纳米二氧化钛0.5‑3份；活性纳米Al2O3微粒0.5‑3份；硅藻土10‑25份；碳酸钙10‑25份；流平剂0.5‑1.5份；颜料0.1‑0.5份；脱气剂0.1‑0.5份。本发明所提供的环保型热固性粉末涂料原料成本较低、性价比高；加入固化剂和有机锆催化剂促进氟碳树脂和聚酯树脂快速复合，降低固化温度，减少能耗；加入金红石纳米二氧化钛、活性纳米Al2O3微粒和硅藻土，使得粉末涂料可自洁，从而得到超耐候、耐腐蚀性、润湿性和附着力均较好的环保型热固性氟碳‑聚酯粉末涂料。

Description

一种环保型热固性粉末涂料
技术领域
本发明属于热固性粉末涂料领域，具体而言，本发明涉及一种环保型热固性粉末涂料。
背景技术
热固性粉末涂料由于不排出VOC(挥发性有机化合物)、无污染、利用率高、能耗低、工艺简单，目前已成为大家认可的“4E型”(高的生产效率、优良的涂膜性能、生态环保、经济)涂料。目前主要应用于金属涂装、家用电器、汽车、铝材等领域。据统计，我国热固性粉末涂料消费量2012年为105万吨，2013年为112万吨，2014年为124万吨，2015年增长至约135万吨，2016年销售量为142万吨，而2017年销售量达160.5万吨，呈现逐年增长趋势。热固性粉末涂料主要有环氧树脂粉末涂料、聚酯粉末涂料、聚氨酯粉末涂料、丙烯酸粉末涂料、氟碳粉末涂料、混合型粉末涂料及紫外光(UV)固化粉末涂料等。
热固性氟碳粉末涂料和其他普通粉末涂料相比，熔融温度、烘烤温度、涂装工艺相似，但是耐候性、耐腐蚀性确是普通粉末涂料的数倍。巩永忠等报道，热固性氟碳粉末涂料加速耐候性试验3000h，光泽保持率为82％-90％，几乎没有发生老化；盐雾试验4000h不变，耐久性可望达30a以上，远超现在市售普通耐候性粉末(巩永忠，黄之祥，氟碳粉末涂料种类与性能关系浅述[J],现代涂料与涂装，2006(05)：8-10)。由于热固性氟碳粉末涂料具有超强的耐候性、耐化学腐蚀性，其可用于金属表面、工厂设备设施、中高端建筑铝型材、汽车车体和家电、桥梁、船舶表面、铝合金基材、电视发射塔等需要高耐候耐腐蚀性涂料领域。
然而，由于纯氟碳粉末涂料价格昂贵、工艺控制难度高，且存在润湿性和附着力差的缺陷，所以未得到充分推广应用。通过将氟碳树脂与环氧树脂、聚酯树脂或丙烯酸树脂等复合制备复合型树脂，从而得到成本更低、润湿性和附着力改善而耐候性超强的热固性粉末涂料，这是近年来的研究热点。聚酯粉末涂料是一种应用广泛的热固性粉末涂料，已经占据粉末涂料总产量约70％，其具有成本较低、无污染、节约能源、使用寿命长等优势，但是其耐候性弱于氟碳树脂。随着人们对涂料产品耐候性要求越来越高，例如在高层建筑用铝型材和跨海大桥表面使用的防腐涂料，因而开发热固性氟碳-聚酯粉末涂料成为较好的选择。
然而，由于氟碳树脂润湿性、与其他树脂相容性较差，且固化时温度较高，耗能较大，造成热固性氟碳复合粉末涂料应用受限。
另外，随着人们环保意识增强，环保自洁型涂料受到越来越多关注，涂料中助剂、颜填料安全性也直接影响到涂料安全性。
因此，研制一款成本合理、固化温度降低、可自洁的环保型热固性氟碳-聚酯粉末涂料是本领域技术人员有待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种环保型热固性粉末涂料，以解决现有技术中存在的上述问题。本发明所提供的环保型热固性粉末涂料原料成本较低、性价比高；加入固化剂和有机锆催化剂促进氟碳树脂和聚酯树脂快速复合，降低固化温度，减少能耗；此外，加入金红石纳米二氧化钛、活性纳米Al2O3微粒和硅藻土，使得粉末涂料可自洁，从而得到超耐候、耐腐蚀性、润湿性和附着力均较好的环保型热固性氟碳-聚酯粉末涂料。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种环保型热固性粉末涂料，其包括以下重量份原料：
目前用于制备氟碳粉末涂料常有两种氟碳树脂：PVDF氟碳树脂和FEVE氟碳树脂。但是，目前制备热固性PVDF氟碳粉末涂料需要先制备溶剂型PVDF涂料，然后采用喷雾干燥工艺制备PVDF氟碳粉末涂料，工艺繁琐、能耗高、还需回收溶剂和存在溶剂残留等一系列问题，且制备出的PVDF氟碳粉末涂料市场认可度和接受度不高。而FEVE氟碳粉末涂料具有超长耐候性、极佳耐盐雾性、极好保光保色性等优点，所以本发明中选用FEVE氟碳树脂。
此外，FEVE氟碳粉末涂料的固化温度比PVDF氟碳粉末涂料的固化温度要降低20-40℃，固化时间缩短2-5分钟，极大提高了喷涂加工效率和降低能耗，达到环保节能效果。
由于氟碳树脂的弱极性，对其他组分的润湿性极差，这使得树脂不能与固化剂很好地结合，并且成膜物质不能对颜填料较好包裹，导致涂膜机械性能和耐候性大幅下降。本发明通过将氟碳树脂和聚酯树脂体系复合，从而显著改善纯氟碳体系存在的润湿性差问题。
本发明所提供粉末涂料中加入固化剂和有机锆类催化剂，可促进氟碳树脂和聚酯树脂快速复合，降低固化温度，减少能耗。
在优选的实施方案中，所述聚酯树脂为端羧基聚酯树脂。
本发明所提供的固化剂为聚多异氰酸酯固化剂与β-羟烷基酰胺以重量计按照1:1比例得到的混合物。
在优选的实施方案中，所述聚多异氰酸酯固化剂可以为六亚甲基异氰酸酯(HDI)、己内酰胺封端的二聚体异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI-1)或三聚体IPDI-2。
其中己内酰胺封端的二聚体异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI-1)作为固化剂的超耐候热粉末涂料冲击性能和耐碱性最佳。
因此，在更加优选的实施方案中，所述聚多异氰酸酯固化剂为己内酰胺封端的二聚体异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI-1)。
本文所提供的有机锆催化剂用于催化树脂固化。现有技术常用的有机锡类催化剂催化效果好，但是有机锡类化合物不仅对水生生物具有较强的毒性，还常使异氰酸酯与空气中的水生成胺和二氧化碳，异氰酸酯与胺反应后降低涂膜光泽，二氧化碳溢出涂膜后留下气孔，在涂膜中残留的催化剂还会进一步催化聚合物降解，从而影响涂膜的耐久性，且使得涂膜具雾化外观。本发明所采用的有机锆类催化剂催化效果仅次于有机锡类催化剂，且对水生生物无毒性，为环保型固化催化剂。
本发明所提供粉末涂料中加入固化剂和有机锆类催化剂，可促进氟碳树脂和聚酯树脂快速复合，降低固化温度，减少能耗。
在优选的实施方案中，所述金红石纳米二氧化钛的粒径为20-30nm。
金红石纳米二氧化钛可以增加紫外线吸收，提高涂料的抗老化性能和力学性能。金红石纳米二氧化钛属于纳米材料，由于其颗粒尺寸细小，具有许多优良的颜料性能：折射率高、紫外吸收能力强等。与现有的有机紫外线吸收剂相比，纳米级二氧化钛具有无毒、光学性质稳定、分散性好、比表面积大、表面结合能高等特点。这些性能使得用纳米二氧化钛制得的涂料性质稳定、抗老化能力强、力学性能均较好。
本发明所提供的颜料可以为普通无机颜料、无机陶瓷颜料、有机颜料或铅颜料。
氟碳体系润湿性较差，所以颜料选择较苛刻。同等条件下，无机陶瓷颜料保光、保色性均优于普通无机颜料、有机颜料以及铅颜料，且与氟碳-聚酯复合体系相容性最好。
因此，在更加优选的实施方案中，所述颜料为无机陶瓷颜料。
所述脱气剂可以为安息香、改性安息香或蜡类脱气剂。
脱气剂可以去除在涂层烘烤固化过程中常常产生小分子化合物。安息香具有很好的脱气效果，但是，在氟碳粉末涂料中，容易在高温下涂膜易泛黄。而蜡类脱气剂自身耐黄变性最佳。
因此，在更加优选的实施方案中，所述脱气剂优选为蜡类脱气剂。
本发明所提供的环保型热固性粉末涂料，能够达到以下有益效果：
(1)本发明所提供环保型热固性粉末涂料是无有机溶剂挥发和排出的一种环境友好型涂料；并且将氟碳树脂和聚酯树脂体系复合显著改善氟碳体系润湿性能，提高附着力，改善机械性能，又能弥补纯聚酯体系耐候性能；
(2)本发明所提供环保型热固性氟碳-聚酯粉末涂料成本远低于纯氟碳粉末涂料，但是耐候性、机械性均超过纯氟碳粉末涂料；
(3)本发明选用具有超长耐候性、极佳耐盐雾性、极好保光保色性、固化温度较低的FEVE氟碳树脂，且加入固化剂和有机锆催化剂促进固化，因而达到低温固化、降低能耗、节约能源目的；
(4)本发明所提供环保型热固性粉末涂料中加入金红石纳米二氧化钛、活性纳米Al2O3微粒，这二者具有光催化活性，能够降解吸附在涂层表面污染有机物或部分无机物，从而达到自洁目的；此外，金红石纳米二氧化钛还可增加紫外线吸收，提高涂料的抗老化性能和力学性能；
(5)本发明所提供的环保型热固性粉末涂料中加入硅藻土，具有有效去除空气中的游离甲醛、苯、氨、VOC(挥发性有机化合物)等有害物质及异味，加强涂料自洁性能；此外，硅藻土还可调节氟碳树脂润湿性，使得涂料更加稳定。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的环保型热固性粉末涂料进行详细说明。
实施例1
一种环保型热固性粉末涂料，其包括以下重量份原料：
实施例2
一种环保型热固性粉末涂料，其包括以下重量份原料：
实施例3
一种环保型热固性粉末涂料，其包括以下重量份原料：
实施例4
一种环保型热固性粉末涂料，其包括以下重量份原料：
实施例5
一种环保型热固性粉末涂料，其包括以下重量份原料：
本发明针对上述实施例以及比较例进行了实施效果测试，具体是采用上述实施例以及比较例得到的热固性粉末涂料对铝制基材进行喷涂、固化处理后得到涂膜，并对该涂膜进行以下测试，其测试结果如下所示：
表1实施例1-5检测结果
由上表可知，本发明所提供的环保型热固性粉末涂料具有较好的机械性、耐腐蚀性和耐候性。
应当知道，本发明中具体实施方案仅为代表性实施方式，本发明的保护范围并不仅限于此。任何熟知本领域技术人员均可通过本发明揭露的技术范围，结合本发明技术方案进行等同替换或改变，这些均涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本文所引用描述本发明背景技术和本发明所提供实施操作细节的出版物、专利、网站或其他参考材料均通过引用方式并入本文中。

Claims (10)

1.一种环保型热固性粉末涂料，其特征在于，所述环保型热固性粉末涂料包括以下重量份原料：
2.根据权利要求1所述的环保型热固性粉末涂料，其特征在于，所述聚酯树脂为端羧基聚酯树脂。
3.根据权利要求1所述的环保型热固性粉末涂料，其特征在于，所述固化剂为聚多异氰酸酯固化剂与β-羟烷基酰胺以重量计按照1:1比例得到的混合物。
4.根据权利要求3所述的环保型热固性粉末涂料，其特征在于，所述聚多异氰酸酯固化剂为六亚甲基异氰酸酯(HDI)、己内酰胺封端的二聚体异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI-1)或三聚体IPDI-2。
5.根据权利要求4所述的环保型热固性粉末涂料，其特征在于，所述聚多异氰酸酯固化剂为己内酰胺封端的二聚体异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI-1)。
6.根据权利要求1所述的环保型热固性粉末涂料，其特征在于，所述金红石纳米二氧化钛的粒径为20-30nm。
7.根据权利要求1所述的环保型热固性粉末涂料，其特征在于，所述颜料为普通无机颜料、无机陶瓷颜料、有机颜料或铅颜料。
8.根据权利要求7所述的环保型热固性粉末涂料，其特征在于，所述颜料为无机陶瓷颜料。
9.根据权利要求1所述的环保型热固性粉末涂料，其特征在于，所述脱气剂为安息香、改性安息香或蜡类脱气剂。
10.根据权利要求9所述的环保型热固性粉末涂料，其特征在于，所述脱气剂为蜡类脱气剂。
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