国标-》亚光、无光粉末涂料配方设计及性能论析

国标-》亚光、无光粉末涂料配方及性能论析 2002睑 中国粉末涂料与涂装 ?豳?圈l|圈I啊踊阿1年会会刊 光，无光粉 末涂料配方 设计及性能 论析 ?陈富生李保才(安徽神剑化工有限责任公司) 表1户内化学消光粉末涂料的配方爱性能 摘要本文分析、论述了户内、户外亚光、无光粉末涂料的制作方 法及消光机理，并就它们的配方设计及涂膜性能进行了探讨和介绍。 1前言 随着粉末涂料用量和应用范围的扩大，亚光、无光粉末涂料已作为 一种重要的粉末涂料品种在市场上大量、广泛地应用。高光、亚光、无光 粉末涂料的区别是按光泽度的高低来划分的，一般来说，光泽度>75,的 粉末涂料称为高光粉末涂料，光泽度在6,一75,的称为亚光粉末涂料， 光泽度c6,的为无光粉末涂料。亚光、无光粉末涂料同高光粉末涂料一 样应用场合分户内、户外两种。户内亚光、无光粉末涂料按配方组成可分 为混台型和纯环董两种按消光原理可分为化学;自光、物理消光、化学和 物理混合消光三种。户外应用的亚光、无光粉末涂料均为纯聚酯型，按>自 光原理也可分为化学;自光物理消光、化学和物理混台消光三种，但实际 应用的一般只有前两种。本文就户内、户外亚光、无光粉末涂料配方设计 及性能作简要论述分析。 之间存在相对分子质量和流动性的差异，互不相溶而产生的。不同配方中 2户内亚光、无光粉末涂料 反应产物之间的差异大小决定了粉末体系混乱度的大小。在亚光粉末涂料 21亚光粉末涂料 中至少有三种反应存在?消光剂中的环胖与环氧树脂反应@聚酯树脂 户内亚光粉末涂料一般为混合型，用化学消光的方法可获得 与环氧树脂反应，@消光剂中的多元酸(或衍生物)与?、?反应后的羟 6,,75,的光泽。但对物理消光法而言，目前市场所售的物理消光剂的 基化台物反应。从理论上讲，反应速率最快的是?，其次是?，最慢的是 品种只能做到15,以上的光泽;采用化学和物理混合消光的方法可获得 ?。就聚酯与环氧树脂的反应速率而言，最快的是混合型高酸值聚酯与环6,,75,的光泽。 氧树脂，其次是混合型低酸值聚酯与环氧树脂，最慢的是低酸值纯聚酯与 环氧树脂。上述反应速率的快慢在理论上是成立的，但实际反应过程是相 1 2 1化学消光法的配方设计及性能当复杂的，配方1中的三种反应相对接近，而且较快，粉末体系混乱度轻 化学消光是通过化学消光剂与环氧树脂反应改变粉末体系混乱度， 2 小，消光效果不理想，涂膜光泽较高，同时有桔皮产生，配方中三种反破坏涂膜表面的连续性而达到消光的目的，故化学消光剂又称消光固化 应的速率相差较大，粉末体系混乱度也较大，j自光效果较好，涂膜光泽较 剂，消光固化剂一般由环脒和多元酸(多元酸衍生物)组成。涂膜光泽高 低。另外，由于低酸值纯聚酯在没有强催化剂存在时与环氧树脂反应极低可通过消光剂的加量来调整，但在同一配方中加人不同酸价的聚酯，其 光泽3 慢，所以涂膜流平好，但冲击性能不理想:配方中混合型低酸值聚酯与况见表1。 环氧树脂的反应速率介干上述两种体系之间(消光效果及涂膜性能比较理 是不一样的，并且涂膜性能在冲击、流平上也有较大的区别，具体情想。涂膜光泽高低可通过增减消光剂的用量，调整粉末体系混乱度而控制 由表1可以看出，同一配方添加不同型号的聚酯，其涂膜样板的光 5。涂膜光泽，如配方4 泽、冲击、流平有明显的区别。其差异产生的原因与粉末涂料熔融流动至 2 1 2物理消光法的配方设计和性能固化成膜这一阶段的整个体系的混乱度有关，所谓粉末体系混乱度，是由 市场上常用的物理消光剂品种有消光钡，消光钙、特殊催化剂、蜡 于在同一配方中不同反应物之间的反应速率存在差异，造成前后反应产物 翌!垫:竺::= !竺1( 2002氐 中国粉末涂料与涂装 ?船Ea曩嘲?l?吐-|年会会刊 类等。消光钡一般由沉淀硫酸钡(二氧化硅、高岭土等物质组成、这些填 个粉末体系在熔融流动至固化成膜这一阶段的混乱度，二次挤出后的光泽 料由于 明显升高证实了这一点，粉末体系经二次混炼挤出后，配方中吸油量大和 光泽特殊催化吸油量大，难润湿和多孔性大粒子在涂膜表面形成粗糙结构而降低)*光的目的蜡类消光剂是利用 粒径大的颜填料在基料中的润湿和分散相对一次混炼挤出的体系要好很 蜡的浮性破坏涂膜表剂通过控制反应速率达到 多。在固化时，整个粉末体系的混乱度要小很多，导致涂膜光泽升高。配 面的连续性而实现消光作用的，物理消光剂在粉末涂2 11 料配方中的用量及性能见表。方中环氧树脂与混合型高酸值聚酯反应较快，消光钡在粉末熔融流动 至凝胶化这一阶段得不到较好的润湿，这样整个体系的混乱度较大，消光 表2户内物理消光粉末涂料的配方及性能 效果较好。配方9、12中的消光钡几乎不起作用，如前所述，环氧树脂 与低酸值纯聚酯反应极慢，有利于消光钡的润湿，造成粉末体系混乱度较 小，消光效果也就不理想，混合型低酸值聚酯与环氧树脂的反应活性介于 二者之间，消光效果也必定在二者之间。 化学和物理混台消光法制得的亚光涂膜表面外观和冲击性般都不 理想，这是由于消光钡吸油量大、粒径较大，配方中固化剂的用量不足造 成的，当然在配方中可通过添加固化剂和特殊助剂来解决，但与采用此种 方法制粉的成本优势相违背。 2 2无光粉末涂料 无光粉末涂料般为纯环氧型，目前只能采用化学消光法制得，其 消光机理如前所述是用大量的消光剂，利用环脒与环氧树脂的反应同多元 酸与羟基化合物的反应=者在速率上的差别，使粉末体系产生较大的混乱 度，严重地破坏涂膜表面的连续性而消光的，如表4所示。 表4无光粉末涂料的配方殛性能 用消光钡做亚光粉(般只能获得60,左右的光泽，应用时需要注 意的是不同厂家生产白勺;自光钡其组成有所不同。就是说在同一配方中，添 加相同量的不同厂家白勺;自光钡获得的涂膜光泽是不一样的，由于消光钡是 依赖吸)由量大和大粒径粒子而消光的，所以获得的涂膜其冲击性能和表面 流平性均不理想。 用特殊催化剂法制亚光涂料可获得15,以上的亚光涂膜，该法制得 的亚光涂膜具有良好的;中击和手感舒适度，并有极好的性价比，缺点是特 殊催化剂是依赖控制涂料固化时的反应速率来消光的，这就存在不同品种 方面，烘烤固的特殊催化剂对不同型号的聚酯树脂有较强的选择性，另 化 时，必须按指定的温度和时间烘烤，才有较好的消光效果。用蜡消光可获得60,左右的亚光涂膜，该法制得的涂膜具有极好 的手感和表面平整度，缺点是如果挤出机混炼效果不好，涂膜表面易 制无光粉末涂料的要求是最大程度地破坏涂膜表面的连续性，势必出现亮点。 导致无光涂膜表面有桔皮、针孔和冲击问题出现，要解决枯皮和针孔问题 2 1 3化学和物理混合消光法的配方设计及性能 可选择合适的助剂或有限地牺牲涂膜的一些性能对冲击问题可增加消光化学和物理混台消光法,般指用化学消光剂和物理消光剂组合设计 剂用量来解决，如配方14。 配方，两种)自光剂同时应用有“协作”j自光的效果，但在具体的配方中与 不同型号的聚酯配台时，表现出的效果3所示。 3户外亚光、无光粉末涂料相差很大，如表 31亚光粉末涂料表3户内化学物理消光粉末涂料的配方及性能 户外应用的亚光粉末涂料均为纯聚酯型，按制作原理可分化学消光、 物理消光、化学>自光和物理消光相结台，化学消光可获得6,一75,的光 泽，物理消光可获得30,一75,的光泽，化学j*光和物理消光结台可制 得6,一75,光泽的涂膜，但采用该法相比单独应用化学消光和物理消光 制得的粉末涂料的成本和涂膜性能没有任何优势，在实际应用中， 般不 采用 该法制粉。 1 3 1化学消光法的配方设计及性能纯聚酯的化学消光常采用舍环氧官能团的丙烯酸树脂和改性多元酸。 环氧官能团丙烯酸树脂与纯聚酯反应的消光机理是粉末体系中不同反应物 丙烯酸树脂与聚酯树脂、环氢官能团与聚酯树脂，TGIC与聚酯树脂)之 (间反应速率的不同，且各反应产物不相容产生混乱度，破坏涂层表面连续 性改性多元酸的消光机理是利用改性多元酸与固化剂和固化剂与聚酯二 者之间反应的差别使体系产生较大的混乱度。配方15、16利用环氧官能丙烯酸树脂和低酸值纯聚酯反应制亚光粉 TGIC 末涂料，从配方上看二者的区别只是加量不同，但涂膜的光泽、冲击、流平却有较大的区别(原因在于一方面TGIC在体系中起催化剂的作 用，随着TGIC用量增加，体系的混乱度减小，有利于涂膜流平，并使涂膜光泽升高;另一方面TGIC和聚酯树脂的反应增强了涂膜冲击。在环氧 由配方3和配方11可明显地看出)自光剂和消光钡在配方中有“协同” )TGIC 官能丙烯酸树脂自光体系中用量的改变可有效地控制涂膜的光泽、消光1、2和配方9、10看，这种“协同”消光效果是 ;中击、流平。另外，配方中的颜填料含量和环氧官能丙烯酸树脂的加量都的效果，但从配方有限的，据实验结果分析，消光钡与消光剂“协同”消光的机理是利用整 (兰L 翌丝竺竺::!一』二一 易仇理睑 中国粉末涂料与涂装 I，强a?啊唧I—阻1年会矣TIl 衰5户外化学消光粉末涂料配方殛性能 物中所用特殊固化促进剂对不同牌号的聚酯树脂是有选择性的，所以应用 时若选择合适牌号的聚酯树脂可获得30,以上的光泽，该法制得的涂膜 冲击、流平、泛黄性一般都不理想。 不相容聚酯法制得的粉末涂料其成本和涂膜性能有一定的优势，该法采用的两种聚酯其性能相差很大，特别是粘度和胶化时间，这样使混合 后的粉末体系混乱度较大，但制得的较低光泽亚光粉末涂膜其表面光滑 性、细腻度不理想，尤其是表面亮点现象很难消除。 3 2无光粉末涂料 户外应用的无光粉末涂料只能用化学消光法的环氧官能丙烯酸树脂 与纯聚酯反应制得，如表7所示。制作纯聚酯无光粉末涂料对原材料的选择及自身的生产工艺控制有 表7户外化学消光无光粉末涂料的配方及性能 对涂膜的光泽、冲击、流平有较大的影口自，用环氧官能丙烯酸树脂制得的 涂膜有优异的抗泛黄性，并有较高的硬度。 现国内市场上用于纯聚酯>自光的改性多元酸产品分TGIC型 Primid型，其消光机理都是利用改性多元酸与固化剂反应和固化剂和 聚酯反应二者之间存在的速率差异，使体系产生混乱度。不同品种与 改性多元酸对聚酯树脂反应活性有较强的选择性，这点可由配方的17 、18 19看出。用改性多元酸般可获得10,以上的光泽，不同牌号 的纯聚酯和特定的改性多元酸配合时所获得的涂膜光泽、;中击、流平 较严格的要求，可通过添加一些特殊助剂来改善涂膜的光泽流平、冲 性都是不一致的。 击、附着力，但是改善的程度是有限的。 3 1 2物理消光法配方设计及性能 用于纯聚酯物理消光法的产品有消光钡，特殊催化剂、改性蜡基 4结论 混合物，不相容聚酯。j自光钡的)自光机理如前所述，特殊催化剂是通?以上对户内、户外亚光、无光粉末涂料的配方设计及其基本性能 过控制粉末体系的反应速率而实现jH光的，改性蜡基化台物是利用蜡 作了简单的分析阐述，但在实际应用中的情况是很复杂的，就配方设计而 的浮性达到消光的目的，不相容聚酯法是指用两种不相容的聚酯分别 言，不同品牌白勺;*光剂，不同厂家生产的聚酯、填料，用同配方做对比 制粉后按一定比例混合，利用两种聚酯反应的胺化时间不同而实现消 试验其性能情况或多或少存在差异，设计配方时，必须仔细选择材料。从 光的，如表6所示。 涂膜性能来看，光泽、冲击流平是主要的，其它如硬度、附着力、弯 表6户外物理消光粉末涂料配方及性能 曲、表面细腻光滑度、泛黄等在设计配方时也需慎重考虑。就硬度而言， 用化学j自光法制得的粉末涂膜硬度较高，物理消光法制得的涂膜硬度稍 差=通过50kg cm正冲和弯曲试验的粉末涂膜可满足一般场台的应用要 求涂膜表面细腻光滑度与光泽是互相矛盾的，因为不管用哪种方法制亚 光、无光粉末涂膜其宗旨都是设法改变粉末涂料的混乱度，破坏涂膜表面 连续性，使反光率下降，迭到消光的目的，也就是说光泽越低的涂膜其表 面细腻光滑度就越差。对此，可选择合适的助剂调整低光泽涂膜表面的细 腻光滑度，当然这种调整是有限白匀=从涂膜泛黄问题来看，一般用物理j自 光法(纯聚酯改性蜡基混合物)*光法除外)和特制的抗泛黄化学消光剂制 成的涂膜具有良好的抗泛黄性。 ?户内亚光、无光粉末涂料应用的消光剂品种和性能厦粉末涂膜的 性能基本能满足不同场合应用的要求，但户外亚光无光粉末涂料应用的消光剂品种和性能厦粉末涂膜性能存在较多的缺陷，另一方面户内户外 亚光、无光粉末涂料的消光机理，本文论述的部分观点仅是作者对实验和 消光钡在纯聚酯亚光粉末中应用可获得比在混合型亚光粉末中更低 实践结果的总结，正确与否，诚望同行专家、学者给予指正教导。的光泽，可达到50,以上的光泽，因为TGIC比环氧树脂的反应活性 高 得多，这与j?光钡吸油量大、粒径大、难润湿分散结合使粉末体系产生 大的混乱度，获得较低的光泽，需要注意的是应用不同厂家生产的消光较 制备涂膜其光泽是不一致的。 钡与混合型中应用的特殊催化剂品种类似，此处所用的特殊催化剂是 ) 控制粉末的反应速率，使体系产生定的混乱度而达到自光的目的，但因 TGIC的反应活性太高，控制其反应速度是有限的，以致般只能获得65 ,左右的光泽，同混合型一样，用特殊催化剂制纯聚酯亚光粉需对聚酯树脂的牌号作选择性试验。 改性蜡基混合物在纯聚酯粉末中的消光原理是利用蜡的上浮性，同时该混合物一般都含有特殊固化促进剂成分，这种成分在加速粉末反应速 率的同时，增加了蜡上浮时的混乱度，以获得较低的涂膜光泽，由于混合 磐秽秽爹。 。。。。。; 0?