1、环氧树脂粉末体系
绝大多数装饰性环氧树脂粉末涂料都是双酚A型环氧树脂,环氧当量为680~750,所用固化剂有多种,如胺、酰胺、酚、有机酸(酐)、有机酸盐及其加成物。最常用的固化剂是双氰胺(DICY)、甲苯基二胍(OTB),加速双酚A,双酚A环氧加成物和有机酸盐(用于低光粉末)。
如果采用EEW超出680~750范围的双酚A环氧树脂,则树脂/固化剂比应当作适当调整。有时采用EEW低于650的双酚A环氧树脂制备低温固化的粉末涂料(固化温度低于250°F,121℃),但是这种树脂的玻璃化温度Tg很低(可能低于100°F,38℃),影响了体系的贮存稳定性(熔结稳定性)。
有时采用EEW900~1000和EEWl600~1800)的双酚A环氧树脂制备特殊效果的粉末涂料,如花纹粉末涂料,它们可以单独使用.但更多的是与EEW680~750的双酚A环氧树脂配合使用,EEW越高意味着固化涂膜的交联密度越低,因此涂膜的耐化学品性、尤其是耐溶剂性比较差。
双酚A环氧树脂的官能度为2,也就是说在分子链端只有2个反应性环氧基,线性酚醛树脂、甲阶酚醛树脂与双酚F环氧树脂的反应活性要更强一些,这些树脂分子中的反应性基团大于2个,固化时的交联密度更高,因此涂膜的耐化学品性更高。通常多官能度环氧树脂要比双酚A环氧树脂贵,因此为了降低成本,有时采用双酚A和线性酚醛环氧树脂配伍,使涂料体系的总体性能良好,同时原材料成本比较合理。
双酚A、线性酚醛环氧树脂和双酚F环氧树脂都不耐UV光照射,因此均不能用于配制户外耐久性粉末涂料,当然,氢化双酚A环氧树脂除外。
2、环氧,聚酯混合型粉末体系
装饰性粉末涂料中大多数混合型体系都是采用羧基聚酯/EEW680~750的环氧树脂混合比为50:50、60:40、70:30配制而成的,有时混合比会比之更高。羧基聚酯的酸值决定了聚酯,环氧的混合比,北美地区采用的混合型羧基聚酯树脂多半含有催化剂,这种催化剂主要用于在320°F(160℃)~400°F(204℃)条件下加速固化反应的进行。混合型体系常用的催化剂有咪唑,例如2-甲基咪唑(2-M1)或2-丙基咪唑(2 PI)。
有时混合型体系也采用EEW900~1000和EEWl600~1800的双酚A环氧树脂,以制成特殊效果的粉末涂料,如花纹粉末涂料。当然这需要调节聚酯,环氧的混合比例。混合型体系中环氧树脂的EEW越高,固化涂膜的交联密度越低,因此涂膜的耐化学品性.尤其是耐有机溶剂性较差。
通常多官能度环氧树脂比双酚A环氧树脂贵,为降低成本,有时用羧基聚酯与双酚A和线性酚醛环氧树脂配用,使涂料体系的总体性能良好,而且原材料成本也比较合理。
双酚A、线性酚醛环氧树脂和双酚F环氧树脂抗紫外线性能均不好,在聚酯/环氧混合型的户外耐久性粉末涂料中不应使用,但采用氢化双酚A环氧树脂的混合体系除外。
3、聚酯,聚氨酯体系
装饰性粉末涂料用的多功能聚酯,聚氨酯体系是采用羟基聚酯/封闭型异氰酸酯(1PDl)80~84/20~16的树脂,固化剂比配制而成的。配制聚氨酯粉末涂料所用的羟基聚酯其交联密度的范围很宽。
羟基聚酯的羟值决定了聚酯,封闭型IPDI的混合比例,北美地区用的羟基聚酯大多含有催化剂,用以在360°F(182℃)~400。F(204℃)条件下加速固化反应的进行。聚氨酯粉末涂料常用的催化剂为有机锡化合物,如辛酸锡、二月桂酸二丁基锡、乙酸二丁基锡和氧化二丁基锡。
倘若采用羟值25~300的羟基聚酯,催化剂种类相同,则制成的粉末涂料性能见表。
聚酯/IPD比例 |
88:12 |
80:20 |
65:35 |
40:60 |
反应性(350°F,177℃以上) |
较低 |
→ |
→ |
较高 |
交联密度 |
低 |
→ |
→ |
非常高 |
涂膜硬度 |
好 |
→ |
→ |
非常高 |
涂膜柔韧性 |
好 |
→ |
→ |
差 |
涂膜耐化学品性 |
差 |
→ |
→ |
非常好 |
户外耐久性(抗紫外线) |
好 |
→ |
→ |
好 |
表中的羟基聚酯也可以用芳香族异氰酸酯固化,例如£-己内酰胺封闭的TDI。这种配方成本较低(较低的固化剂用量,以及TDI原材料成本较低),烘烤固化的温度也较低(平均低25°F,14℃)。但是TDI型聚氨酯粉末涂料的户外耐久性非常一般。
三唑封闭型IPDI粉末涂料(与TDl型体系的树脂,固化剂比相同)的户外耐久性与£-己内酰胺封闭的IPDI型体系相同,但固化温度为290°F(143℃)~320°F(160℃)。
特殊设计的含催化剂的羟基聚酯树脂可与脲二酮固化剂配伍使用,制成无挥发性的聚氯酯粉末涂料,封闭型异氰酸酯固化剂在固化过程中将释放原粉末重量3%~10%的封闭剂。
4、聚酯/TGIC体系
装饰性粉末涂料中聚酯/TGIC体系大多以羧基聚酯/TGIC为93:7的树脂,固化剂混合比配制而成,在特殊使用场合也可采用90:1 O和95:5类型聚酯树脂,羧基聚酯的种类很多,因此与TGIC配伍得到的粉末涂料交联密度的范围很宽。羧基聚酯酸值决定聚酯/TGIC的混合比例。在北美TGIC型粉末涂料用的羧基聚酯都含有催化剂,用以在300°F(149℃)~400°F(204℃)范围内加速固化反应的进行。TGIC型粉末涂料常用的催化剂有咪唑衍生物.如1-甲基咪唑(1-M1),以及有机锡化合物或卤化物。在不同试验室进行的毒性试验证明,TGIC是诱导有机体突变的物质(兔子和老鼠试验)。因此有些国家已经开始限制TGIC在粉末涂料中的应用。90年代初开始西欧、澳大利亚和日本市场上TGIC的用量逐渐减少,聚酯/TGIC体系正在被聚酯,B-羟烷基酰胺(HAA)体系和无挥发性的聚酯,聚氯酯体系所取代。
5、聚酯/B-羟烷基酰胺(HAA)体系
装饰性粉末涂料中的聚酯/HAA体系多采用树脂,固化剂95:5的羧基聚酯/HAA配制而成。特殊情况下也可采用90:10和95:5类型的聚酯树脂。可以采用的羧基聚酯品种很多,因此配成的粉末涂料交联密度范围很宽。羧基聚酯的酸值决定了聚酯/HAA的混合比例,HAA型粉末涂料用的羧基聚酯不含催化剂,因为该固化反应不可能被催化加速。羧基聚酯与HAA的固化反应是一种缩合反应,其缩合产物为水,这限制了涂膜厚度的增加,一般不能超过4mil(100um)。TGIC型粉末涂料用的含催化剂的羧基聚酯也可用于HAA型体系,但在固化过程中容易泛黄,流动性差,涂膜总体性能不如为HAA型专门设计的羧基聚酯好。
6、聚酯/甘脲体系
聚酯/甘脲体系(尤其是四甲氧甲基甘脲)可用于配制高光和半光粉末涂料:一具肴杰出的柔韧性,好的耐化学品性,优异的耐热性(300°F或149℃)和耐热黄变稳定性,并可形成花纹装饰涂层(皱纹、网纹、鳄鱼皮花纹、鱼鳞花纹),这取决于所用催化剂的种类。不论是平面粉还是花纹粉,以采用羟值45左右的羟基聚酯为好。采用低羟值的聚酯树脂可以降低固化剂的用量,从而降低原材料成本。在配制甘脲型花纹粉时固化剂最好略微过量,如果甘脲型平面粉或花纹粉的固化不足,其涂膜的户外耐久性下降非常快。甘脲固化剂可大幅度降低体系的Tg,因此最重要的是应选用Tg高于140°F(60℃)的羟基聚酯,以便得到合理的贮存稳定性。相对较低的树脂粘度有利于配制甘脲型花纹粉末涂料,然而低树脂粘度和高Tg是相互矛盾的,所以应当选用平衡折衷性能好的羟基聚酯。甘脲型平面粉和花纹粉所用的催化剂均为酸性催化剂,所以需要避免选用碱性的填料(如碳酸钙、金属硅酸盐)和添加剂(如胺、酰胺),这些碱性物质将中和催化剂的酸性,使其失去催化作用。在制备粉末涂料时,这种中和作用可能并不会很快表现出来,而在贮存数周以后中和作用的影响就会显现出来。如果这种中和作用不确定,可以将粉末涂料样品在标准条件下贮存,并每周测定一次粉末的胶凝时间。粉末涂料贮存数周后胶凝时间应当没有明显的变化。羟基聚酯与甘脲的固化反应是缩合反应,产生的挥发性缩合产物为甲醇和少量的甲醛,因而限制了涂膜厚度的增加,一般不能超过4mil或100um。