低溫固化粉末涂料的探討.doc

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1、低溫固化粉末涂料的探討粉末涂料雖然具有四“E”(Economical-經(jīng)濟(jì)、Environmental-環(huán)保、Efficient-高效、Excellentperformance-性能卓越)的優(yōu)點(diǎn)，但它的一些弱點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的。如固化條件比較苛刻，固化溫度一般在180～200℃之間。若能降低固化溫度可降低能耗，是環(huán)保、節(jié)能減排的需要。固化溫度高，除了導(dǎo)致能耗高外，對(duì)一些不能耐高溫的基材，如塑料、木材等的涂裝受到限制，大大影響了粉末涂料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大。從進(jìn)一步提高效率的角度來(lái)考慮，往往可以低溫固化的

2、粉末涂料，在保持溫度不變的條件下，大大縮短固化時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。因此實(shí)現(xiàn)粉末涂料的低溫固化，已成為粉末涂料業(yè)界的發(fā)展方向之一。長(zhǎng)期以來(lái)，從事粉末涂料以及相關(guān)配套領(lǐng)域如原材料、設(shè)備的同仁們的努力下，在粉末涂料低溫固化方面已取得了不小的進(jìn)展?，F(xiàn)在純環(huán)氧體系砂紋效果產(chǎn)品可以做到130℃/15分鐘固化。平面高光環(huán)氧體系可以做到140℃/15分鐘固化。但環(huán)氧的耐黃變和耐候性能差，不能用于戶(hù)外使用。較之環(huán)氧體系耐黃變好些的聚酯/環(huán)氧混合型體系砂紋產(chǎn)品也可以做135℃/15分鐘，平面高光產(chǎn)品可以做到150℃

3、/15分鐘固化(流平稍差)。純聚酯體系砂紋產(chǎn)品可以做到140℃/15分鐘固化，平面高光可以做到160℃/15分鐘固化。但是純聚酯體系平面低光產(chǎn)品目前還是很困難。實(shí)現(xiàn)粉末涂料超低溫固化在技術(shù)上有較大難度。首先，粉末涂料的固化體系是一種低溫潛伏性的固化體系，如果該體系低溫反應(yīng)活性較高，勢(shì)必影響到粉末制粉擠出與儲(chǔ)存穩(wěn)定性，另一方面粉末涂料所采用的樹(shù)脂與固化劑均是較高軟化點(diǎn)的固體，在低溫下熔融粘度較高，在低溫固化時(shí)，涂膜難以流平，影響表面效果。如果采用軟化點(diǎn)較低的樹(shù)脂與固化劑雖可降低熔融粘度，但粉末的儲(chǔ)

4、存穩(wěn)定性變差，需要低溫冷藏保存，給使用帶來(lái)諸多不便。因此，尋求一種能適合粉末儲(chǔ)存既有較高的軟化點(diǎn)又有合適的反應(yīng)活性的樹(shù)脂與固化劑是制備低溫固化粉末涂料的關(guān)鍵。低溫固化粉末涂料發(fā)展方向要降低粉末涂料的固化溫度，以下從主體樹(shù)脂、固化劑、催化劑、紅外光固化、紫外光固化、噴霧干燥法制造粉末涂料制造粉末涂料和自由基反應(yīng)固化方面來(lái)進(jìn)行討論。粉末涂料不管是熱塑性或是熱固性，成膜溫度均在180-200℃左右，固化時(shí)間長(zhǎng)(10-20min)，這限制了它只能用于金屬等耐熱基材，并且費(fèi)時(shí)，相對(duì)能耗較大。每降低10℃固

5、化溫度大約節(jié)能10%，為節(jié)約能源降低成本，擴(kuò)大粉末涂料的涂裝范圍，更好地與溶劑型涂裝線(xiàn)接軌，粉末涂料須向低溫固化型方向發(fā)展?？梢酝ㄟ^(guò)降低樹(shù)脂本身地熔融溫度、粘度、軟化點(diǎn)、增加樹(shù)脂的官能團(tuán)提高交聯(lián)度、加入適當(dāng)助劑、應(yīng)用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┑榷喾N手段來(lái)實(shí)現(xiàn)粉末涂料的低溫固化。降低粉末涂料的固化溫度，不僅可以加快自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)速度和提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，而且使粉末涂料的應(yīng)用范圍大大的增加。決定粉末涂料性能的關(guān)鍵是基體樹(shù)脂，為實(shí)現(xiàn)低溫固化的粉末涂料，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出不飽和聚酯型、不飽和丙烯酸酯樹(shù)脂型、聚氨酯丙烯酸

6、酯樹(shù)脂型、乙烯基醚樹(shù)脂型等。湛新(Allnex)和帝斯曼(DSM)都有相應(yīng)產(chǎn)品。不飽和樹(shù)脂是UV固化或自由基熱固化粉末涂料的主要成膜物質(zhì)，是決定涂料性質(zhì)和涂膜性能的主要成分。為實(shí)現(xiàn)低溫固化，一方面要求樹(shù)脂能賦予粉末良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，粉末須在40℃條件下能儲(chǔ)存3～6月而不結(jié)塊;另一方面所用原材料須在較低溫度(如100℃或更低)下具有較低的熔融粘度以保證涂料在固化過(guò)程中具有良好的流動(dòng)性。這就要求所選用樹(shù)脂的玻璃化溫度(Tg)應(yīng)該在50～70℃(至少在40℃以上)，平均分子量為1000～4000，并且

7、分子量分布要窄。要得到這樣的樹(shù)脂并非易事，Tg高于50℃的樹(shù)脂熔化難以控制，因?yàn)镃=C雙鍵在80℃即可開(kāi)始聚合，而80℃以下則其粘度太高而難以處理。降低樹(shù)脂熔融溫度的常用方法是合成半結(jié)晶樹(shù)脂、加入結(jié)晶化合物或無(wú)定形低聚物。通過(guò)高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合成樹(shù)枝狀及超支化半結(jié)晶聚合物制備低溫固化不飽和樹(shù)脂也是一種可行的方法。從物理化學(xué)角度來(lái)考慮化學(xué)反應(yīng)的速率可以應(yīng)用阿倫尼烏斯(Arrhenius)公式表示，k=Aexp-Ea/RT(指數(shù)式)。k為速率常數(shù)，R為摩爾氣體常量，T為熱力學(xué)溫度，Ea為表觀(guān)活化能，

8、A為指前因子(也稱(chēng)頻率因子)，也常用其另外一種形式：lnk=lnA-Ea/RT(對(duì)數(shù)式)。要提高低溫固化下反應(yīng)速率，可從其化學(xué)反應(yīng)機(jī)理來(lái)分析?？梢钥闯鯡a為表觀(guān)活化能是一個(gè)很重要的因素，活化能是指化學(xué)反應(yīng)中，由反應(yīng)物分子到達(dá)活化分子所需的最小能量。化學(xué)反應(yīng)速率與其活化能的大小密切相關(guān)，活化能越低，反應(yīng)速率越快，因此降低活化能會(huì)有效地促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。促進(jìn)劑通過(guò)降低活化能(實(shí)際上是通過(guò)改變反應(yīng)途徑的方式降低活化能)來(lái)促進(jìn)一些原本很慢的化學(xué)反應(yīng)得以快速進(jìn)行。為使促進(jìn)劑更好的促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于和樹(shù)脂相容