紙張、塑料、木材及家具制造業(yè)也是涂料的最大用戶之一。粉末涂料已勝利地應(yīng)用于熱敏材質(zhì)的涂裝，并且真正完成了工業(yè)化消費(fèi)。作為一支新興的具有寬廣前景的涂料種類，粉末涂料將進(jìn)一步擠占液體涂料市場(chǎng)。UV固化粉末涂料和低溫固化粉末涂料制造工藝的完善，使粉末涂料應(yīng)用于熱敏材質(zhì)成為可能。卷鋼涂裝是一種預(yù)涂裝，與傳統(tǒng)的“后涂裝”工藝有所不同，由于具有簡(jiǎn)化消費(fèi)工藝、高效施工、儉省投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用、契合環(huán)保法規(guī)請(qǐng)求、涂膜性能優(yōu)于傳統(tǒng)辦法等一系列優(yōu)勢(shì)，卷鋼涂料成為當(dāng)今涂料行業(yè)的開展方向之一。

 

2·聚氨酯粉末涂料的分類和構(gòu)造特性

 

2.1 分類

 

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡(jiǎn)稱，由多異氰酸酯和多元醇（包括含羥基的低聚物）反響生成。聚氨酯粉末涂料主要由固化劑、封鎖劑和多元醇樹脂組成，其中固化劑多采用內(nèi)封鎖型多異氰酸酯，而多元醇樹脂絕大多數(shù)選用聚酯樹脂。聚氨酯粉末涂料是由粉末聚氨酯樹脂、固化劑（含羥基等官能團(tuán)的聚合物）、顏料、填料以及助劑等組成彩色粉狀混合物，其均勻粒徑為40～60μm。通常是將各物料高速混合后，于100～120℃擠出、冷卻、粉碎、篩分而制得。聚氨酯粉末涂料有封鎖性聚氨酯粉末涂料（聚酯-氨基甲酸酯型粉末涂料、丙烯酸-氨基甲酸酯粉末涂料）和紫外光固化粉末涂料。常見的聚氨酯粉末涂料有如下三大系列。

 

2.1.1 封鎖型聚氨酯粉末涂料系列

 

這類粉末涂料的配制和應(yīng)用原理與封鎖型聚氨酯涂料相同，常用恰當(dāng)?shù)姆怄i劑和二異氰酸酯及其加成物或預(yù)聚體停止反響，進(jìn)而構(gòu)成不含NCO基的封鎖型聚氨酯，在制粉工藝的溫度（100～120℃）下是穩(wěn)定的，可與含活性氫的固化劑、顏料及助劑一同制粉。當(dāng)溫度高于130℃時(shí)，這種封鎖型聚氨酯會(huì)解封，而解封后的NCO基會(huì)立刻和固化劑反響，構(gòu)成穩(wěn)定性更高的聚氨酯涂層。運(yùn)用被封鎖的IPDI或HDI縮二脲，可制得耐候性很好的高裝飾性粉末涂料。甲苯二異氰酸酯及其加成物的價(jià)錢較低，因而也常采用。為了進(jìn)步其耐熱性和改善其耐候性，常將TDI三聚后再封鎖，以保證應(yīng)用活性較大的對(duì)位NCO來(lái)停止固化成膜。三聚后的叔氮原子被異氰脲酸酯環(huán)所穩(wěn)定，不易受紫外光的作用重排成醌式助色基團(tuán)，因而聚氨酯粉末涂層的耐候性得以改善。

 

2.1.2 帶羧基、羥基、環(huán)氧基、氨基的聚氨酯粉末涂料系列

 

封鎖型聚氨酯粉末涂料在固化時(shí)有封鎖劑釋放出來(lái)，常常會(huì)污染大氣和有損涂膜外觀。為克制其缺陷，選用適宜的原料，采用分步反響的辦法，制備含有大量氨基甲酸酯鍵產(chǎn)帶有羧基（COOH）、羥基（OH）、環(huán)氧基及氨基（NH2）的各類聚氨酯樹脂，然后以含有環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂、異氰脲酸三縮水甘油酯、聚丙烯酸環(huán)氧酯、環(huán)氧聚氨酯、含羧基酸酐、羧基型聚酯樹脂、羧基型丙烯酸酯、含羥基的脲醛樹脂、聚酯樹脂、N-?；啺窐渲约癗-酰基內(nèi)酰胺樹脂為固化劑，視聚氨酯樹脂上所帶官能基的不同選擇適宜的固化劑種類。采用此法制備聚氨酯粉末涂料時(shí)，因可供選擇的原料種類很多，配方選擇余地大，故可按不同的運(yùn)用請(qǐng)求停止配方設(shè)計(jì)，以制備出具有各種優(yōu)良性能的一系列聚氨酯粉末涂料。

 

2.1.3 含NCO基的聚氨酯粉末涂料

 

該涂料制備原理是環(huán)氧傾倒物中的環(huán)氧基，在高溫下并有堿性催化劑的作用下開環(huán)，立刻與含NCO基的聚氨酯樹脂構(gòu)成二噁唑酮環(huán)而制成的：以含有NCO基的聚氨基樹脂和作固化劑的特制環(huán)氧化合物及其催化劑、顏料、助劑等，按常規(guī)制法即可得到含NCO基的聚氨酯粉末涂料。其關(guān)鍵是特制環(huán)氧傾倒物及其催化劑的制備與選擇，請(qǐng)求它在制粉的擠出溫度下不開環(huán)，只在固化溫度下開環(huán)并聯(lián)成膜。這類聚氨酯粉末涂料不只流平性好，涂膜光亮平整，而且耐高溫性能、各項(xiàng)物理機(jī)械性能和耐候性優(yōu)良。在制造過程中，因運(yùn)用了含NCO基的聚氨酯樹脂，所以應(yīng)盡量防止與濕氣接觸，通常采用密閉式聯(lián)動(dòng)流水線消費(fèi)。

 

2.2 構(gòu)造特性

 

粉末涂料具有如下特性：涂膜的耐候性好，適用于戶外用產(chǎn)品的涂裝；涂膜的耐熱性好，在烘烤固化時(shí)涂膜不易泛黃；涂膜耐沖擊強(qiáng)度、柔韌性、硬度等物理性能優(yōu)良，耐化學(xué)藥品和耐水等性能良好；涂料的涂裝性能好，能夠用空氣噴涂法和靜電粉末涂裝法等辦法涂裝；固化聚酯粉末涂料烘烤固化過程中，根本不產(chǎn)生反響副產(chǎn)物，涂膜不易產(chǎn)生縮孔、針孔等弊病。同時(shí)，粉末涂料的應(yīng)用率接近100%，噴涂后的粉末能夠回收應(yīng)用；通常比液體涂料較易施工，構(gòu)成的涂膜耐久性好，產(chǎn)品上風(fēng)明顯。和其它類型的粉末涂料相比，聚氨酯粉末涂料具有以下特性：熔融流平常，熔融黏度低，特別是封鎖劑在解封之前不起任何化學(xué)反響，使粉末涂料有足夠的流平常間，涂膜流平性好。新的內(nèi)封鎖型脲二酮固化劑技術(shù)的完成，使得這種粉末涂料對(duì)空氣的污染簡(jiǎn)直為零；對(duì)被涂物的附著力好，不需求底涂；涂料的配制范圍寬，可配制不同性能請(qǐng)求和固化速度的涂料；涂膜的物理力學(xué)性能和耐化學(xué)品性能好。但是聚氨酯粉末涂料烘烤時(shí)，會(huì)釋放出封鎖劑，產(chǎn)生異味。

 

作為一種主要耐候性粉末涂料的產(chǎn)品，聚氨酯粉末涂料具有常規(guī)通用粉末涂料的通性之外，還具有以下特性優(yōu)勢(shì)：在擠出過程中不會(huì)有反響發(fā)作；粉末涂料熔融流平常熔融粘度低，涂膜流平性好。在普通固化溫度（140～200℃）下具有較低的熔融黏度，以便取得良好的潤(rùn)濕性和流平性；特別是封鎖劑解封之前不起化學(xué)反響，使涂料具有足夠的流平常間，容易得到平整的潤(rùn)滑涂膜。樹脂不含有相對(duì)分子質(zhì)量太高的聚合物，使得樹脂的軟化點(diǎn)和熔融溫度接近，從而使固化時(shí)的反響速率相匹配；有良好的力學(xué)性能和耐磨性；有良好的物理貯存穩(wěn)定性；有良好的耐化學(xué)腐蝕性；涂料成膜后的物理機(jī)械性能和耐化學(xué)藥品性能優(yōu)秀；耐候性優(yōu)良，適于戶內(nèi)防腐運(yùn)用，脂肪族聚氨酯耐候性好，適于室外高裝飾運(yùn)用。對(duì)被涂物附著力好，普通不需求涂底漆；涂料配制范圍比純聚氨酯粉末寬；涂料的施工性好，主要以靜電粉末噴涂法施工。正是由于聚氨酯粉末涂料兼具優(yōu)良的裝飾性和耐候性，因而在家用電器、電氣設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、道路柵欄、鋁型材、裝飾資料及汽車零件等方面得到普遍應(yīng)用。目前這類粉末涂料統(tǒng)治著美國(guó)和日本的粉末市場(chǎng)，其產(chǎn)量已超越混合型粉末涂料。聚氨酯粉末涂料除具有常規(guī)粉末涂料的特性之外，還具有優(yōu)秀的物理機(jī)械性能和防腐蝕性能，涂膜具有光亮飽滿、耐磨、耐劃傷、耐溶劑等特性，其流平性和附著性也很好。假如采用脂肪族二異氰酸酯（HDI、IPDI）制備聚酯粉末涂料，還具有極好的耐候性，保色保光性和高裝飾性。聚氨酯粉末涂料由于其優(yōu)良的性能和可完成較低溫度固化，近年來(lái)研討及應(yīng)用十分活潑，能夠估計(jì)聚氨酯粉末涂料將在高裝飾性請(qǐng)求的范疇得到普遍的應(yīng)用，包括汽車、機(jī)械、儀器儀表及建筑業(yè)。

 

3·聚氨酯粉末涂料的種類開發(fā)及制備

 

聚氨酯涂料中并不一定要有聚氨酯樹脂存在，聚氨酯粉末涂料就是由羥基樹脂和封鎖型多異氰酸酯為原料制成的，二異氰酸酯在常溫下大局部是具有揮發(fā)性的有毒液體，與羥基聚酯樹脂有很高的反響活性。為降低其揮發(fā)性及毒性，并制形成固體以便于運(yùn)用，人們通常用二元醇或三元醇與之反響。聚氨酯涂料中存在的大量氨酯鍵能構(gòu)成大分子間的氫鍵，氨酯鍵不易與酸、堿、油反響，氫鍵能夠緩解外力作用，所以聚氨酯涂層的化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械性能優(yōu)良。涂層未到達(dá)解封鎖溫度前因沒有交聯(lián)反響發(fā)作，所以熔融黏度不會(huì)增加，涂層有足夠的流平常間完成良好的涂層外觀。另外解封鎖前不發(fā)作反響，就大大減少了擠出加工過程中膠化的可能性，使消費(fèi)工藝容易控制。

 

聚氨酯粉末涂料的性能根本是由基料決議的，作為聚氨酯涂料基料的含羥基聚酯主要有PG333羥基聚酯樹脂等。有人將基料與固化劑配合，參加流平劑、安息香、鈦白粉、助劑按配方制備聚氨酯粉末涂料。封鎖型聚氨酯體系又可分為封鎖多異氰酸酯及封鎖預(yù)聚物。其原理是應(yīng)用某些化合物與多異氰酸酯反響生成的氨酯鍵在加工溫度下是穩(wěn)定的，足以保證不會(huì)與含活性氫的化合物發(fā)作反響。但這種氨酯鍵的熱穩(wěn)定性是有限的，當(dāng)溫度高于130℃時(shí)，解封鎖釋放出—NCO基團(tuán)，疾速與化合物中的活性氫反響生成熱穩(wěn)定性高的聚氨酯鍵。這種只能構(gòu)成有限熱穩(wěn)定性的含活性氫的物質(zhì)，通常叫作封鎖劑。

 

常用的多異氰酸酯是異佛爾酮二異氰酸酯，其他脂肪族、芳香族二異氰酸酯也能采用。為了取得耐候性好、耐熱性高的產(chǎn)品，可將甲苯二異氰酸酯先停止三聚反響，然后再封鎖，最好是先封鎖后三聚，以便保證固化時(shí)釋放出反響活性比擬高的對(duì)位—NCO基團(tuán)。三聚后構(gòu)成的叔氮原子被三聚異氰酸環(huán)所穩(wěn)定，受紫外光作用不會(huì)合成，即便在仲氮原子處合成生成芳香胺，由于叔氮原子的阻止也不會(huì)氧化重排生成醌式助色團(tuán)，因而具有較好的耐候性。

 

為了調(diào)理產(chǎn)品的性能，也可采用普通辦法將二異氰酸酯與多元醇首先制成預(yù)聚物，然后再停止封鎖反響。能與封鎖型聚氨酯停止交聯(lián)反響的固化劑，通常是帶羥基的各種高分子化合物，如聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚乙烯醇及其衍生物。

 

聚氨酯粉末涂料體系在固化過程中揮發(fā)出的封鎖劑對(duì)大氣形成了嚴(yán)重的污染，并且易惹起涂膜的外觀變差。因而，人們開發(fā)出帶有其他官能基的聚氨酯粉末涂料體系。這類聚氨酯樹脂能夠在很廣的范圍內(nèi)選擇原料，并依據(jù)用處停止分子設(shè)計(jì)，制造出綜合性能優(yōu)秀的聚氨酯粉末涂料。德國(guó)一家公司開發(fā)了一種能夠采用含游離異氰酸基團(tuán)的聚氨酯，制備靜電噴塑用聚氨酯粉末涂料。

 

其固化機(jī)理是環(huán)氧基只要在固化所需求的高溫時(shí)，才干受某些堿性物質(zhì)催化而開環(huán)，隨即與異氰酸基團(tuán)直接反響生成二口惡唑烷酮環(huán)。由該體系所制得的涂層流平性好，外觀平整潤(rùn)滑、耐高溫、各項(xiàng)機(jī)械性能突出，戶外耐候性好，其性能之優(yōu)秀是別的體系無(wú)法相比的。無(wú)論是封鎖多異氰酸酯還是聚氨酯樹脂，均能采用傳統(tǒng)的溶液聚合法。

 

聚合后可采用減壓蒸餾、薄膜蒸發(fā)器及噴霧枯燥器回收溶劑。溶液聚合法制得的樹脂，無(wú)論采用何種方式回收溶劑，都要耗用較大能量。因而也普遍采用非水分散體系停止加聚反響。在非水分散體系中，采用對(duì)聚氨酯樹脂溶解才能差的溶劑作聚合介質(zhì)，聚合時(shí)借助外表活性劑及激烈的機(jī)械攪拌使反響體系乳化。反響完成后，漿狀的細(xì)分散粒子在室溫下靜置，很快就會(huì)沉降。反響產(chǎn)物經(jīng)過濾、洗濯、低溫烘烤便制得均勻粒徑為30μm的聚氨酯粉末，經(jīng)過濾別離的溶劑可直接回收運(yùn)用。上述辦法均需運(yùn)用有機(jī)溶劑，固然溶劑可以回收運(yùn)用，但在消費(fèi)和儲(chǔ)存過程中，仍存在有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境的污染，并可能惹起火災(zāi)。為此，人們努力于研討熔融聚合法，由于聚合物熔體的黏度比擬高，除封鎖多異氰酸酯這類低分子化合物外，許多支化的聚氨酯樹脂均難以采用釜式法消費(fèi)。于是許多國(guó)度開端研制螺旋反響器，可用于消費(fèi)聚氨酯、聚酯、聚醚及有機(jī)硅等樹脂。

 

聚氨酯粉末涂料制備辦法與其他噴塑資料的制備辦法類似，首先用聚氨酯樹脂、交聯(lián)劑、顏填料和助劑停止預(yù)混合，然后經(jīng)擠出、粉碎、篩分，最后包裝成產(chǎn)品。預(yù)混合的平均水平對(duì)產(chǎn)質(zhì)量量有很大的影響。有許多混合設(shè)備可供選用，其中高速混合機(jī)因其混合效果好、效率高而被普遍應(yīng)用。熔融擠出是制備聚氨酯粉末涂料的關(guān)鍵工序。經(jīng)預(yù)混合的物料在擠出加工時(shí)，借助于外熱和螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的剪切力，使樹脂熔融并充沛潤(rùn)濕分散顏填料。篩分的目的是除去不同規(guī)格的級(jí)分及雜質(zhì)，關(guān)于單機(jī)批量消費(fèi)，通常采用各種機(jī)械篩。

 

4·聚氨酯涂料開展趨向

 

聚氨酯涂料的開展趨向?yàn)殚_發(fā)高性能、低能耗和無(wú)污染的聚氨酯涂料，即開發(fā)高固體含量、水性和無(wú)溶劑聚氨酯涂料。我國(guó)聚氨酯涂料開展趨向如下：進(jìn)一步完善TDI固化劑的多樣化和系列化，開發(fā)MDI系列涂料產(chǎn)品。MDI的蒸汽壓比TDI低，其涂料產(chǎn)品的毒性較小，硬度大，國(guó)內(nèi)MDI主要用作硬質(zhì)泡沫，MDI用作室內(nèi)涂料的性能優(yōu)勢(shì)要大于TDI，主要用于高硬度的水晶地板漆，重防腐涂料等。盡快研發(fā)脂肪族異氰酸酯固化劑，開展HDI縮二脲、HDI三聚體、IPDI加成物和三聚體等固化劑產(chǎn)品，以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，推進(jìn)我國(guó)聚氨酯涂料的開展。降低游離異氰酸酯單體含量，增加固化劑與羥基樹脂的相容性。國(guó)外聚氨酯固化劑產(chǎn)品的游離單體含量大都在0.5%左右。為使產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量散布平均，以降低粘度，加強(qiáng)與其他組分的混容性，有的采取不完整反響法，即當(dāng)反響停止到60%以上，就終止反響，然后采用薄膜蒸發(fā)器后處置除去殘留的單體。相比擬而言，我國(guó)由于技術(shù)手腕落后、工藝設(shè)備缺乏，目前尚無(wú)范圍較大的去除游離單體的專用設(shè)備，降低殘留單體含量主要靠改動(dòng)配方和增加反響水平來(lái)完成；這些措施直接招致產(chǎn)品的消費(fèi)工藝不穩(wěn)定、粘渡過大，和其他組分的混容性差，色澤深，殘留單體仍然高居不下。必需加大薄膜蒸發(fā)器的開發(fā)與設(shè)計(jì)，降低固化劑體系中游離單體含量，處理固化劑消費(fèi)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，華南理工大學(xué)正在停止這方面的工作。

 

開發(fā)高性能、低毒、低污染的聚氨酯涂料。研制開發(fā)水性聚氨酯涂料，豐厚和完善水性聚氨酯涂料種類，進(jìn)步性能將是一個(gè)極富應(yīng)戰(zhàn)的課題；開發(fā)聚氨酯粉末涂料，使封鎖的IPDI固化劑國(guó)產(chǎn)化，降低粉末聚氨酯涂料的固化溫度，開發(fā)HMDI、IMIC等新型粉末聚氨酯涂料固化劑，同時(shí)研制消費(fèi)配套的羥基聚酯和羥基丙烯樹脂，改善聚氨酯粉末涂料的外觀，進(jìn)一步研討其固化機(jī)理；應(yīng)用新型多異氰酸酯單體，研討開發(fā)高固體分、無(wú)溶劑及非水分散體等聚氨酯涂料新種類。開展和完善聚氨酯專用涂料種類，擴(kuò)展聚氨酯涂料的應(yīng)用范疇。

 

5·完畢語(yǔ)

 

聚氨酯粉末涂料不只具有高裝飾性和優(yōu)秀的物理力學(xué)性能，而且具有較全面的耐化學(xué)藥品性，特別是不易黃變、耐候性和耐光性突出。它統(tǒng)籌了環(huán)氧涂料和丙烯酸涂料的優(yōu)點(diǎn)，與TGIC固化的純聚酯粉末涂料體系相比，更具有無(wú)毒無(wú)害的宏大優(yōu)勢(shì)。聚氨酯粉末涂料的生命力表現(xiàn)在產(chǎn)品的性能、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)越性上，和其他粉末涂料相比具有更好的綜合性能，它正在被人們所認(rèn)識(shí)，所占的比例也逐漸增加，特別是西歐，增長(zhǎng)速度愈加明顯。聚氨酯粉末涂料因具有高裝飾性和優(yōu)秀的物理性能、較全面的耐化學(xué)藥品性及突出的耐候性而遭到業(yè)界的普遍關(guān)注。行業(yè)應(yīng)抓緊研發(fā)這個(gè)新種類，使之獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著聚氨酯粉末涂料消費(fèi)工藝的日益成熟，其在粉末涂料中所占的比例將越來(lái)越大。國(guó)內(nèi)外對(duì)其的需求量越來(lái)越大，能夠預(yù)見聚氨酯粉末涂料的市場(chǎng)前景非常寬廣。

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