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行业资讯 || 热塑性粉末涂料的发展和应用
发布时间:2021-1-28
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引言

20世纪70年代石油危机后,粉末涂料就以其资源节约,环保无公害和便于自动化生产的特点得到迅猛发展,而其中作为粉末涂料两大种类之一的热塑性粉末涂料始于20世纪30年代后期。

20世纪40年代由于石油化工业等行业的发展,使得聚乙烯,聚氯乙烯,聚酰胺树脂等树脂产量迅速增长,从而开始了热塑性粉末涂料的研究,最初是人们想利用聚乙烯耐化学品性能好的特点,将其应用于金属涂装,但是由于聚乙烯不溶于溶剂,无法做成溶剂型涂料,又没有找到合适的胶粘剂把聚乙烯板材粘贴在金属内壁。就使用了火焰喷涂法,将聚乙烯粉末熔融涂覆在金属表面,因此开创了热塑性粉末涂料的开端。流化床法作为目前热塑性粉末涂料应用最广泛,最普遍的涂装方法始于1950年的直接撒布法,即将树脂粉末均匀的撒在加热工件表面,使粉末熔融形成涂层的一种方法。为了使撒布法能够自动进行,1952年德国试验成功了流化床法,流化床法就是利用空气或惰性气体吹入流化床底部的多孔性透气板形成均匀分布的细散气流,从而使流化床内的粉体流动达到一种接近流体的状态,因此工件可以更加均匀的分布在工件表面,得到光滑平整的表面。

 

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我国的热塑性粉末涂料起步较晚,从60年代聚乙烯粉末涂料研制成功,从依赖进口到国产化已经经历数十年时间,我国热塑性粉末涂料质量已经接近国外水平。目前,热塑性粉末涂料包括聚乙烯/聚丙烯粉末涂料,聚氯乙烯粉末涂料,尼龙粉末涂料,聚偏氟乙烯粉末涂料,热塑性聚酯粉末涂料等众多种类,已广泛应用于我国的交通防护隔离,管道防腐,以及各种生活用品之中。


01聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)粉末涂料

聚乙烯作为最先应用于热塑性粉末涂料的材料之一,和聚丙烯并重为上个世纪最重要的两种热塑性聚合物。目前高密度和低密度的聚乙烯都有应用于热塑领域,通常高密度聚乙烯应用于工业领域,低密度应用于民用领域。

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因为聚乙烯和聚丙烯的分子链是碳-碳键,两者都具有烯烃的非极性特征,所以聚乙烯和聚丙烯粉末都具有良好的耐化学性,因此广泛应用于防腐领域,用作保护,贮存和输送化学品,化学试剂的容器,管子和输油管线。作为一种惰性材料,该种粉末涂料对底材的附着力较差,需要对底材进行严格的表面处理,或者涂覆底漆,或者加入其他材料对聚乙烯进行改性处理。

聚乙烯树脂作为热塑性粉末涂料中使用最广泛,产量最大的一种,有以下几种优点:

a.优良的耐水,耐酸碱和耐化学品性能;

b.良好的电绝缘性能,良好的隔热性能;

c.拉伸强度,柔韧性和耐冲击性能优异;

d.抗低温,可以在零下40℃情况保持400小时不开裂;

e.原材料相对价格低廉,无毒环保。

同样,因为基材聚乙烯的性质原因,聚乙烯粉末涂料也有一些无法避免的缺点:

a.涂膜硬度,耐磨性和机械强度相对较差;

b.涂膜附着力较差,一般需要对底材进行严格处理;

c.耐候性能差,受紫外线照射后易产生应力开裂;

d.不耐高温,耐湿热性能差。

1. 聚乙烯的改性树脂和改性后的特点

改性树脂

改性后特点

聚丙烯

提升硬度和其他机械性能

聚丁烯

提升机械强度和光泽

EVA树脂

提高附着力,降低施工温度

萜烯树脂

提高附着力

醋酸纤维素

提高硬度和流平性能

醋丁纤维素

提高光泽和流平性能

 

02聚氯乙烯(PVC)粉末涂料

聚氯乙烯是一种含有少量不完整晶体的无定形聚合物,大多数PVC树脂产品分子量在50000120000之间,高分子量的PVC树脂虽然具有更好的物理性能,但因为低分子量PVC树脂具有更低的熔体粘度和软化温度,所以其比高分子量PVC树脂更适合作为热塑粉末涂料的材料。

PVC本身是一种刚性材料,无法单独作为粉末涂料原料,制作涂料时要加入一定量的增塑剂来调节PVC的柔韧性,同时,加入增塑剂也降低了材料拉伸强度,模量和硬度,选择适当的增塑剂种类和数量,可以使材料的柔韧性和硬度之间达到期望的平衡点。对于一个完整的PVC粉末涂料配方,稳定剂也是必不可少的一部分,为了解决PVC的热稳定性,目前开发了具有较好热稳定性的钙和锌的混合盐,钡和镉的皂类,硫醇锡,二丁基锡衍生物,环氧化合物等,铅稳定剂虽具有优异的热稳定性,但由于环保原因退出市场。

目前使用PVC粉末涂料最多的产品是各种生活器具和洗碗机架,PVC产品具有良好的耐洗涤性和耐食品污染性,它还可以对碗碟架起消音作用,使用PVC产品涂覆的碗碟架在放置餐具时不会发出噪音。PVC粉末涂料可以采用流化床施工,也可以采用静电喷涂施工,但其要求的粉末粒径不同。同时需要指出的是,PVC粉末涂料在浸涂时会发出刺鼻气味,对人体有害,国外已经开始禁止使用。

聚氯乙烯粉末涂料有以下优点:

a.原料价格低廉;

b.抗污染性好,耐洗涤性,耐腐蚀性优良;

c.机械强度高,电绝缘性能好;

聚氯乙烯粉末涂料也有以下缺点:

a.PVC树脂的熔融温度和分解温度之间温差小,在涂装过程中需要严格的控制温度,以免涂料在涂装过程中分解。

b.涂膜不耐芳香烃类,酯类,酮类和氯化溶剂等。

 

03聚酰胺(尼龙)粉末涂料

聚酰胺树脂是一种应用广泛的热塑性树脂,俗称尼龙。尼龙具有很好的综合性能,硬度高,特别是耐磨性能突出,尼龙涂层的动摩擦系数和静摩擦系数小,具有润滑能力,因此应用于纺织机械轴承,齿轮和阀门等方面,尼龙粉末涂料具有较好的润滑能力,工作噪音小,柔韧性好,附着力优良以及耐化学品性,耐溶剂性使得其可以作为一种理想的耐磨润滑涂层代替铜,铝,镉,钢等,尼龙涂膜密度仅是铜的1/7,耐磨性却是铜的8倍。

尼龙粉末涂料是无毒、无嗅和无味的,再结合不会被真菌侵袭、不会促使细菌滋生的事实,使得它们成功应用在食品加工行业中涂饰机器部件和管路系统,或者涂饰与食品能够直接接触的表面。由于其耐水、耐盐水等性能都很好,故也常用于洗衣机零部件等涂装。

尼龙粉末涂料的一个重要应用领域是涂覆各种类型的把手,不仅仅是因为它们具有耐磨损性和耐刮擦性等重要特征,还因为它们热传导率低使得把手感觉柔和,也使得这些材料非常适合涂装工具把手、门把手以及方向盘。

与其他涂料相比,尼龙涂膜的耐化学品性能较差,不宜在酸,碱等化学环境中使用。因此,一般会加入一些环氧树脂,作为改性剂,不仅可以提高尼龙涂膜的耐腐蚀性能,也可以提高涂膜和金属底材之间的结合强度。尼龙粉末吸水性较高,易在施工和保存中受潮,因此需要在密封条件下贮存,也不宜长期在湿热条件下使用。还有另外一点就是尼龙粉末的塑化时间比较短,甚至有不需要塑化即可达到理想效果的涂膜,这是尼龙粉末较为特殊的一点。

 

04聚偏氟乙烯(PVDF)粉末涂料

热塑性粉末涂料中耐候性能最具有代表的涂料是聚偏氟乙烯粉末涂料。

作为最具代表性的耐候性乙烯聚合物,聚偏二氟乙烯(PVDF)的特点是具有好的力学和冲击性能,极好的耐磨性与卓越的柔韧性和硬度,可以抵抗酸,碱,强氧化剂等大多数腐蚀性化学品,而且其还不溶于涂料工业中常用的化学溶剂,这些都是由于PVDF中所含有的F-C键。同时,PVDF还符合FDA的要求,可以应用于食品加工,可以与食品相接触。

PVDF因为其较高的熔体粘度,在薄涂成膜时容易导致针孔和较差的金属附着力,材料价格过高,因此大多数情况并不会单独作为粉末涂料的基料,一般会加入30%左右的丙烯酸树脂来改善这些性能,丙烯酸树脂含量过高则会影响涂膜的耐候性。

 

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PVDF涂膜的光泽比较低,一般在30±5%左右,限制了其在表面装饰的应用。其目前主要作为大型建筑物的建筑涂料,应用于屋顶面板,墙面和挤出铝窗框,具有极优异的耐候性能。

 

参考文献

 

[1] 张俊智,粉末涂料和涂装工艺学,化学工业出版社,2008.2

[2] 南仁植,粉末涂料与涂装技术,化学工业出版社,2000.5

[3] 张华东,热塑性粉末涂料,化学工业出版社,2000.5

 

来源:2018粉末涂料与涂装行业年会   

作者:朱金晓、吕彬  黄山华佳表面科技有限公司

 

 

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