CN114410196A - 一种耐水煮粉末涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种耐水煮粉末涂料，应用于轮毂表面，包括聚酯树脂、固化剂、消光剂、耐水填料和耐水助剂。其中，本申请通过通过聚酯树脂和消光剂的配合，满足粉末涂料超流平且哑光的要求，使得粉末涂料能够通过一次喷涂即可形成足够的厚度，简化轮毂的涂装工艺。同时，本申请通过在粉末涂料中添加耐水填料和耐水助剂，满足涂膜耐水煮和抗划伤的要求，使得轮毂能够适应高温和雨水环境。
Description
技术领域
本申请涉及粉末涂料技术领域，特别涉及到一种耐水煮粉末涂料及其制备方法和应用。
背景技术
车轮作为汽车、摩托车等交通工具的重要零部件，不但具有承受整辆车的质量和行驶载荷等安全要求，而且具有平衡整车外观的美学要求，车轮材质也由钢圈逐渐发展为铝合金车轮。目前，铝合金车轮主要通过表面涂装的方式达到美观及保护的目的。现有的车轮涂装工艺依次包括前处理、喷涂底粉、喷涂色漆、喷涂透明粉等步骤，该工艺涂层性能稳定，耐腐蚀、耐老化性能优异，但需要三道喷涂工序，工艺复杂，人力物力耗费巨大，成本高。
粉末涂料是一种环境友好型产品，具有高效(Efficiency)、节能(Economy)、经济(Economy)、环保(Ecology)，属于“4E”涂料。采用粉末涂料对轮毂进行涂装可以简化现有的涂装工艺，进而降低工艺成本。例如，公告号为CN112724801A的中国专利申请，公开了“一种轮毂用的哑光粉末涂料及制备方法”，该技术方案中的粉末涂料在对轮毂进行表面喷涂时通过一次喷涂即可得到足够厚度的涂膜，同时不需要在被涂物表面喷涂一层清漆或透明粉来保护粉末涂料，减少生产工序降低成本。
但是，车轮作为车辆最底部的零部件，与地面直接接触，需接受高温和雨水环境的考验。对于轮毂表面的粉末涂料来说，这就要求其具备优异的耐水煮性能。特别地，轮毂一般采用压铸铝材料制备而成，压铸铝材料本身是多孔材料，涂膜时容易在空隙间留存空气，影响涂膜和基材之间的附着力。此外，轮毂表面常采用抛光工艺打磨光滑，进一步影响涂膜的附着力。所以，各方面原因导致粉末涂料涂覆在轮毂表面的附着力下降，进而影响其耐水煮性能。
同时，经过实验数据证明，由于消光剂等助剂的添加，哑光粉末的耐水煮性能显著弱于其他类型的粉末涂料，进一步限制了哑光粉末涂料在轮毂表面的应用。例如，珠光粉末涂料可以通过85℃条件下的恒温水浴锅测试，而哑光粉末经过85℃水煮后附着力明显下降。
发明内容
本申请的目的是提供一种耐水煮粉末涂料，应用于轮毂表面，通过一次喷涂即可得到足够厚度的涂膜，且涂膜具有优异的耐水煮性能。
为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种耐水煮粉末涂料，应用于轮毂表面，包括以下重量份的组分：
在上述技术方案中，本申请实施例通过在粉末涂料中添加耐水填料和耐水助剂，提高其耐水煮性能，得到能够应用在轮毂上的哑光粉末涂料，以取代油性漆涂料，从而使涂装工艺(底粉-色漆-透明粉)简化为底面合一的简单工艺，这样可以降低工艺成本。同时，本申请中粉末涂料形成的涂膜具备耐水煮、抗划伤、超流平等性能。
进一步地，根据本申请实施例，其中，聚酯树脂的粘度为4500-5500mpa.s/200℃。
进一步地，根据本申请实施例，其中，固化剂为异氰酸酯固化剂和羧基固化剂的混合物。
进一步地，根据本申请实施例，其中，消光剂为羟基丙烯酸。
进一步地，根据本申请实施例，其中，耐水填料为鳞片状的硅类填料。
进一步地，根据本申请实施例，其中，耐水助剂为硅烷偶联剂。
进一步地，根据本申请实施例，其中，耐水煮粉末涂料还包括0.8-1.2重量份的流平剂。
进一步地，根据本申请实施例，其中，耐水煮粉末涂料还包括0.3-0.5重量份的安息香。
进一步地，根据本申请实施例，其中，耐水煮粉末涂料还包括0.3-1重量份的聚四氟乙烯微粉蜡。
进一步地，根据本申请实施例，其中，耐水煮粉末涂料还包括0.6-0.8重量份的炭黑。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种耐水煮粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：
预混合：按重量份称取原料，将原料投入混合器内混合均匀；
熔融挤出混合：将原料熔融混合并用挤出机挤出；
压片：用压片机将挤出的底料压成片状；
破碎：用破碎机将片状底料破碎；
细粉碎：用粉碎机将底料粉碎；
筛粉包装：用旋转筛筛选得到粉末涂料，将涂料包装成箱。
进一步地，根据本申请实施例，其中，预混合时间为15-20分钟。
进一步地，根据本申请实施例，其中，挤出机的挤出条件为：一区温度为65-75℃，二区温度为75-85℃，三区温度为75-85℃。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种轮毂，其表面涂覆有如上所述的耐水煮粉末涂料。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请通过在粉末涂料中添加耐水填料和耐水助剂，提高其耐水煮性能，得到能够应用在轮毂上的哑光粉末涂料，以取代油性漆涂料，从而使涂装工艺(底粉-色漆-透明粉)简化为底面合一的简单工艺，这样可以降低工艺成本。同时，本申请中粉末涂料形成的涂膜具备耐水煮、抗划伤、超流平等性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。
本申请公开了一种耐水煮粉末涂料，应用于轮毂表面，包括聚酯树脂、固化剂、消光剂、耐水填料和耐水助剂。其中，本申请通过通过聚酯树脂和消光剂的配合，满足粉末涂料超流平且哑光的要求，使得粉末涂料能够通过一次喷涂即可形成足够的厚度，简化轮毂的涂装工艺。同时，本申请通过在粉末涂料中添加耐水填料和耐水助剂，满足涂膜耐水煮和抗划伤的要求，使得轮毂能够适应高温和雨水环境。
具体地，聚酯树脂的添加量为55-75质量份。聚酯树脂作为本申请中的主要成分，其性能影响了整个配方体系的性能。因此，本申请具体采用粘度为4500-5500mpa.s/200℃聚酯树脂，而常规粉末涂料添加的聚酯树脂一般粘度为500-7500mpa.s/200℃。本申请通过选用较低粘度的聚酯树脂，能够获得较好的流平性能，同时也能够保证消光剂和耐水填料、耐水助剂的充分混合，有助于消光和提升耐水煮性能。
固化剂的添加量为5-8质量份，具体为异氰酸酯固化剂和羧基固化剂的混合物。其中，异氰酸酯固化剂的添加量为1-2质量份，异氰酸与配方体系中的羟基反应，用于固化。羟基固化剂的添加量为4-6重量份，其中的环氧基和配方体系中的羟基发生反应，能够提高粉末涂料的固化效果。
消光剂的添加量为2-6质量份，具体采用羟基丙烯酸，其作用是降低涂膜的光照度，使得涂膜呈现哑光效果。
耐水填料的添加量为10-18重量份，具体采用鳞片状的硅类填料。具体的，硅类填料表面的鳞片结构能够阻隔水进入涂膜内部，进而提高涂膜的耐水性能。进一步地，还可以通过硅烷偶联剂对鳞片状的硅类填料进行表面改性处理，使得硅类填料表面产生接枝，提高硅类填料的表面活性，进而提高硅类填料和聚酯树脂的相容性，同时也能够进一步提高涂膜的阻水性能。
耐水助剂的添加量为0.5-2重量份，耐水助剂具体采用硅烷偶联剂，优选采用含有多官能团的硅烷偶联剂，能够提供涂膜表面的致密性，增加了涂膜与底材的附着力。对此，硅烷偶联剂的耐水性原理为：硅烷偶联剂能够在树脂与轮毂表面之间形成稳固的化学键合，进而有效地阻止水分子沿涂层与基材之间的缝隙进行迁移。进一步的，市面上大部分硅烷偶然剂是液体的，在本申请的配方体系中难以分散，所以本申请采用的特殊分散工艺，预先混合聚酯数值与硅烷偶链接，在添加其他组分。
其次，由于消光剂对粉末涂料耐水煮性能的负面影响，本申请通过大量实验发现通过添加0.5-2重量份的硅烷偶联剂可以消除这一影响。具体的，若耐水助剂的添加量低于0.5重量份，则导致涂膜不能得到优异的附着力性能，进而影响其耐水煮效果；若耐水煮助剂的添加量高于2重量份，增加的添加量对涂膜的附着力没有产生影响。所以，出于效果和成本的综合考量，耐水助剂的添加量优选为0.5-2重量份。
此外，上述的耐水煮粉末涂料还包括0.8-1.2重量份的流平剂，0.3-0.5的安息香，0.3-1重量份的聚四氟乙烯微蜡粉，以及0.6-0.8重量份的炭黑。其中，流平剂的作用是通过降低表面张力来促进粉末涂料流平，使得涂膜呈现更好的表面效果。安息香的作用是帮助涂膜消泡，其化学成份为苯偶姻，熔点133-137℃。聚四氟乙烯微蜡粉具有320℃的高熔点，能够提高涂膜表面的硬度。炭黑主要用作为颜料，使得涂膜呈现黑色，提高涂膜的遮盖力。
其次，本申请还公开了一种耐水煮粉末涂料的制备方法，包括以下步骤：
预混合：按重量份称取原料，将原料投入混合器内混合均匀，混合时间为15-20min，保证消光剂、固化剂和耐水助剂充分混合均匀。
熔融挤出混合：将原料熔融混合并用挤出机挤出。其中，挤出机的挤出条件为：一区温度为65-75℃，二区温度为75-85℃，三区温度为75-85℃。这样设置，便于生产光泽的控制。
挤出的产品用压片机将挤出的底料压成片状，用破碎机将片状底料破碎，用粉碎机将底料粉碎，用旋转筛筛选得到粉末涂料，将涂料包装成箱。
下面，通过列举实施例及对比例对本申请的技术效果进行进一步的说明，但本申请并不限于这些实施例。
【实施例1】
按重量份称取74重量份的聚酯树脂、1.5重量份的异氰酸酯固化剂、5重量份的羟基固化剂、4重量份的消光剂、1重量份的流平剂、0.4重量份的安息香、0.6重量份的聚四氟乙烯微蜡粉、0.7重量份的炭黑、10重量份的鳞片状硅类填料和1重量份的硅烷偶联剂；投料：将原料投入混合器内混合；预混合：用米赛克混合器将原料上下混合均匀：熔融挤出混合：将原料熔融混合并用挤出机挤出；压片：用压片机将挤出的底料压成片状：破碎：用破碎机将片状底料破碎；细粉碎：用粉碎机将底料粉碎；筛粉包装：用旋转筛筛选得到粉末涂料，将涂料包装成箱。预混合步骤采取高速混合、侧面剪切破碎同时进行。熔融挤出混合步骤中挤出机的螺杆转度为40HZ。熔融挤出混合时温度控制在70-80℃，挤出机的挤出条件为：一区温度为70℃，二区温度为80℃，三区温度为80℃。细粉碎时通过调整主机和分级控制细粉碎后的粒径。预混合时间为15min。高速混合转速为330r/min。
【实施例2】
与实施例1的不同之处在于聚酯树脂的添加量为72重量份，鳞片状硅类填料的添加量为12重量份。
【实施例3】
与实施例1的不同之处在于聚酯树脂的添加量为70重量份，鳞片状硅类填料的添加量为14重量份。
【实施例4】
与实施例1的不同之处在于聚酯树脂的添加量为68重量份，鳞片状硅类填料的添加量为16重量份。
【实施例5】
与实施例1的不同之处在于聚酯树脂的添加量为66重量份，鳞片状硅类填料的添加量为18重量份。
【实施例6】
与实施例3的不同之处在于聚酯树脂的添加量为70.5重量份，硅烷偶联剂的添加量为0.5重量份。
【实施例7】
与实施例3的不同之处在于聚酯树脂的添加量为69重量份，硅烷偶联剂的添加量为2重量份。
【对比例1】
与实施例1的不同之处在于聚酯树脂的添加量为75重量份，不添加硅烷偶联剂。
【对比例2】
与实施例1的不同之处在于将鳞片状硅填料替换为硫酸钡。
【对比例3】
与对比例2的不同之处在于聚酯树脂的添加量为75重量份，不添加硅烷偶联剂。
将上述实施例及对比例中的粉末涂料喷涂固化形成60-80μm的涂膜，并对其进行抗划伤、耐水煮、抗冲击和耐老化测试，测试方法如下：
抗划伤性能检验：采用牛顿笔试验法；
耐水煮检验：采用恒温水浴锅测试法，温度为85℃；
冲击强度实验：采用漆膜耐冲击测定法；
耐老化检测：采用Q-LAB UV机进行测试。
将实施例1-7及对比例1-3的原料添加情况与测试结果汇总至表1。
表1
由表1可知，添加了耐水填料和耐水助剂的粉末涂料，耐水煮性能显著增强。具体的，由实施例1-5及对比例2可知，用鳞片状硅类填料替换硫酸钡等无机填料能够提高粉末涂料的耐水煮性能，且在10-18重量份的范围内保证最佳的经济效益。而通过对比实施例1、实施例6-7及实施例1，可以体现添加0.5-2重量份的硅烷偶联剂是保证粉末涂料具有耐水煮性能的重要因素之一。进一步的，对比实施例1-7及对比例3可知，本申请通过添加鳞片状硅类填料和耐水助剂能够使得哑光的粉末涂料具有与珠光粉末涂料相同的耐水煮性能，消除了消光剂等组分对耐水煮性能的负面影响，扩展了哑光粉末涂料在汽车轮毂表面的应用。
尽管上面对本申请说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本申请，但是本申请不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本申请精神和范围内，一切利用本申请构思的申请创造均在保护之列。
Claims (14)
1.一种耐水煮粉末涂料，其特征在于，所述耐水煮粉末涂料应用于轮毂表面，所述耐水煮粉末涂料包括以下重量份的组分：
2.根据权利要求1所述的一种耐水煮粉末涂料，其特征在于，所述聚酯树脂的粘度为4500-5500mpa.s/200℃。
3.根据权利要求1所述的一种耐水煮粉末涂料，其特征在于，所述固化剂为异氰酸酯固化剂和羧基固化剂的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种耐水煮粉末涂料，其特征在于，所述消光剂为羟基丙烯酸。
5.根据权利要求1所述的一种耐水煮粉末涂料，其特征在于，所述耐水填料为鳞片状的硅类填料。
6.根据权利要求1所述的一种耐水煮粉末涂料，其特征在于，所述耐水助剂为硅烷偶联剂。
7.根据权利要求1所述的一种耐水煮粉末涂料，其特征在于，所述耐水煮粉末涂料还包括0.8-1.2重量份的流平剂。
8.根据权利要求1所述的一种耐水煮粉末涂料，其特征在于，所述耐水煮粉末涂料还包括0.3-0.5重量份的安息香。
9.根据权利要求1所述的一种耐水煮粉末涂料，其特征在于，所述耐水煮粉末涂料还包括0.3-1重量份的聚四氟乙烯微粉蜡。
10.根据权利要求1所述的一种耐水煮粉末涂料，其特征在于，所述耐水煮粉末涂料还包括0.6-0.8重量份的炭黑。
11.一种如权利要求1-10中的任一项所述的耐水煮粉末涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
预混合：按重量份称取原料，将原料投入混合器内混合均匀；
熔融挤出混合：将原料熔融混合并用挤出机挤出；
压片：用压片机将挤出的底料压成片状；
破碎：用破碎机将片状底料破碎；
细粉碎：用粉碎机将底料粉碎；
筛粉包装：用旋转筛筛选得到粉末涂料，将涂料包装成箱。
12.根据权利要求11所述的一种耐水煮粉末涂料的制备方法，其特征在于，所述预混合时间为15-20分钟。
13.根据权利要求11所述的一种耐水煮粉末涂料的制备方法，其特征在于，所述挤出机的挤出条件为：一区温度为65-75℃，二区温度为75-85℃，三区温度为75-85℃。
14.一种轮毂，其特征在于，所述轮毂表面涂覆有如权利要求1-13中的任一项所述的耐水煮粉末涂料。
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