脲醛樹脂粉與脲醛樹脂性能比較

紙張、塑料、木材及家具制造業也是涂料的最大用戶之一。粉末涂料已勝利地應用于熱敏材質的涂裝，并且真正完成了工業化消費。作為一支新興的具有寬廣前景的涂料種類，粉末涂料將進一步擠占液體涂料市場。UV固化粉末涂料和低溫固化粉末涂料制造工藝的完善，使粉末涂料應用于熱敏材質成為可能。卷鋼涂裝是一種預涂裝，與傳統的“后涂裝”工藝有所不同，由于具有簡化消費工藝、高效施工、儉省投資和運轉費用、契合環保法規請求、涂膜性能優于傳統辦法等一系列優勢，卷鋼涂料成為當今涂料行業的開展方向之一。

 

2·聚氨酯粉末涂料的分類和構造特性

 

2.1 分類

 

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡稱，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封鎖型多異氰酸酯，而多元醇樹脂絕大多數選用聚酯樹脂。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用原理與封鎖型聚氨酯涂料相同，常用恰當的封鎖劑和二異氰酸酯及其加成物或預聚體停止反響，進而構成不含NCO基的封鎖型聚氨酯，在制粉工藝的溫度（100～120℃）下是穩定的，可與含活性氫的固化劑、顏料及助劑一同制粉。當溫度高于130℃時，這種封鎖型聚氨酯會解封，而解封后的NCO基會立刻和固化劑反響，構成穩定性更高的聚氨酯涂層。運用被封鎖的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錢較低，因而也常采用。為了進步其耐熱性和改善其耐候性，常將TDI三聚后再封鎖，以保證應用活性較大的對位NCO來停止固化成膜。三聚后的叔氮原子被異氰脲酸酯環所穩定，不易受紫外光的作用重排成醌式助色基團，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有封鎖劑釋放出來，常常會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帶有羧基（COOH）、羥基（OH）、環氧基及氨基（NH2）的各類聚氨酯樹脂，然后以含有環氧基的環氧樹脂、異氰脲酸三縮水甘油酯、聚丙烯酸環氧酯、環氧聚氨酯、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-?；鶅弱０窐渲瑸?a href="http://www.zama-cemetery.com/" target="_blank" class="autolink">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，因可供選擇的原料種類很多，配方選擇余地大，故可按不同的運用請求停止配方設計，以制備出具有各種優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氧傾倒物中的環氧基，在高溫下并有堿性催化劑的作用下開環，立刻與含NCO基的聚氨酯樹脂構成二噁唑酮環而制成的：以含有NCO基的聚氨基樹脂和作固化劑的特制環氧化合物及其催化劑、顏料、助劑等，按常規制法即可得到含NCO基的聚氨酯粉末涂料。其關鍵是特制環氧傾倒物及其催化劑的制備與選擇，請求它在制粉的擠出溫度下不開環，只在固化溫度下開環并聯成膜。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、各項物理機械性能和耐候性優良。在制造過程中，因運用了含NCO基的聚氨酯樹脂，所以應盡量防止與濕氣接觸，通常采用密閉式聯動流水線消費。

 

2.2 構造特性

 

粉末涂料具有如下特性：涂膜的耐候性好，適用于戶外用產品的涂裝；涂膜的耐熱性好，在烘烤固化時涂膜不易泛黃；涂膜耐沖擊強度、柔韌性、硬度等物理性能優良，耐化學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，根本不產生反響副產物，涂膜不易產生縮孔、針孔等弊病。同時，粉末涂料的應用率接近100%，噴涂后的粉末能夠回收應用；通常比液體涂料較易施工，構成的涂膜耐久性好，產品上風明顯。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反響，使粉末涂料有足夠的流平常間，涂膜流平性好。新的內封鎖型脲二酮固化劑技術的完成，使得這種粉末涂料對空氣的污染簡直為零；對被涂物的附著力好，不需求底涂；涂料的配制范圍寬，可配制不同性能請求和固化速度的涂料；涂膜的物理力學性能和耐化學品性能好。但是聚氨酯粉末涂料烘烤時，會釋放出封鎖劑，產生異味。

 

作為一種主要耐候性粉末涂料的產品，聚氨酯粉末涂料具有常規通用粉末涂料的通性之外，還具有以下特性優勢：在擠出過程中不會有反響發作；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，以便取得良好的潤濕性和流平性；特別是封鎖劑解封之前不起化學反響，使涂料具有足夠的流平常間，容易得到平整的潤滑涂膜。樹脂不含有相對分子質量太高的聚合物，使得樹脂的軟化點和熔融溫度接近，從而使固化時的反響速率相匹配；有良好的力學性能和耐磨性；有良好的物理貯存穩定性；有良好的耐化學腐蝕性；涂料成膜后的物理機械性能和耐化學藥品性能優秀；耐候性優良，適于戶內防腐運用，脂肪族聚氨酯耐候性好，適于室外高裝飾運用。對被涂物附著力好，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良的裝飾性和耐候性，因而在家用電器、電氣設備、空調設備、道路柵欄、鋁型材、裝飾資料及汽車零件等方面得到普遍應用。目前這類粉末涂料統治著美國和日本的粉末市場，其產量已超越混合型粉末涂料。聚氨酯粉末涂料除具有常規粉末涂料的特性之外，還具有優秀的物理機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良的性能和可完成較低溫度固化，近年來研討及應用十分活潑，能夠估計聚氨酯粉末涂料將在高裝飾性請求的范疇得到普遍的應用，包括汽車、機械、儀器儀表及建筑業。

 

3·聚氨酯粉末涂料的種類開發及制備

 

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。為降低其揮發性及毒性，并制形成固體以便于運用，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穩定性好，機械性能優良。涂層未到達解封鎖溫度前因沒有交聯反響發作，所以熔融黏度不會增加，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聚物。其原理是應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定的，足以保證不會與含活性氫的化合物發作反響。但這種氨酯鍵的熱穩定性是有限的，當溫度高于130℃時，解封鎖釋放出—NCO基團，疾速與化合物中的活性氫反響生成熱穩定性高的聚氨酯鍵。這種只能構成有限熱穩定性的含活性氫的物質，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，以便保證固化時釋放出反響活性比擬高的對位—NCO基團。三聚后構成的叔氮原子被三聚異氰酸環所穩定，受紫外光作用不會合成，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氧化重排生成醌式助色團，因而具有較好的耐候性。

 

為了調理產品的性能，也可采用普通辦法將二異氰酸酯與多元醇首先制成預聚物，然后再停止封鎖反響。能與封鎖型聚氨酯停止交聯反響的固化劑，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出的封鎖劑對大氣形成了嚴重的污染，并且易惹起涂膜的外觀變差。因而，人們開發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選擇原料，并依據用處停止分子設計，制造出綜合性能優秀的聚氨酯粉末涂料。德國一家公司開發了一種能夠采用含游離異氰酸基團的聚氨酯，制備靜電噴塑用聚氨酯粉末涂料。

 

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

 

聚合后可采用減壓蒸餾、薄膜蒸發器及噴霧枯燥器回收溶劑。溶液聚合法制得的樹脂，無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，采用對聚氨酯樹脂溶解才能差的溶劑作聚合介質，聚合時借助外表活性劑及激烈的機械攪拌使反響體系乳化。反響完成后，漿狀的細分散粒子在室溫下靜置，很快就會沉降。反響產物經過濾、洗濯、低溫烘烤便制得均勻粒徑為30μm的聚氨酯粉末，經過濾別離的溶劑可直接回收運用。上述辦法均需運用有機溶劑，固然溶劑可以回收運用，但在消費和儲存過程中，仍存在有機溶劑對環境的污染，并可能惹起火災。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。于是許多國度開端研制螺旋反響器，可用于消費聚氨酯、聚酯、聚醚及有機硅等樹脂。

 

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、交聯劑、顏填料和助劑停止預混合，然后經擠出、粉碎、篩分，最后包裝成產品。預混合的平均水平對產質量量有很大的影響。有許多混合設備可供選用，其中高速混合機因其混合效果好、效率高而被普遍應用。熔融擠出是制備聚氨酯粉末涂料的關鍵工序。經預混合的物料在擠出加工時，借助于外熱和螺桿旋轉時產生的剪切力，使樹脂熔融并充沛潤濕分散顏填料。篩分的目的是除去不同規格的級分及雜質，關于單機批量消費，通常采用各種機械篩。

 

4·聚氨酯涂料開展趨向

 

聚氨酯涂料的開展趨向為開發高性能、低能耗和無污染的聚氨酯涂料，即開發高固體含量、水性和無溶劑聚氨酯涂料。我國聚氨酯涂料開展趨向如下：進一步完善TDI固化劑的多樣化和系列化，開發MDI系列涂料產品。MDI的蒸汽壓比TDI低，其涂料產品的毒性較小，硬度大，國內MDI主要用作硬質泡沫，MDI用作室內涂料的性能優勢要大于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品，以填補國內空白，推進我國聚氨酯涂料的開展。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。國外聚氨酯固化劑產品的游離單體含量大都在0.5%左右。為使產品的相對分子質量散布平均，以降低粘度，加強與其他組分的混容性，有的采取不完整反響法，即當反響停止到60%以上，就終止反響，然后采用薄膜蒸發器后處置除去殘留的單體。相比擬而言，我國由于技術手腕落后、工藝設備缺乏，目前尚無范圍較大的去除游離單體的專用設備，降低殘留單體含量主要靠改動配方和增加反響水平來完成；這些措施直接招致產品的消費工藝不穩定、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。必需加大薄膜蒸發器的開發與設計，降低固化劑體系中游離單體含量，處理固化劑消費過程中的關鍵技術，華南理工大學正在停止這方面的工作。

 

開發高性能、低毒、低污染的聚氨酯涂料。研制開發水性聚氨酯涂料，豐厚和完善水性聚氨酯涂料種類，進步性能將是一個極富應戰的課題；開發聚氨酯粉末涂料，使封鎖的IPDI固化劑國產化，降低粉末聚氨酯涂料的固化溫度，開發HMDI、IMIC等新型粉末聚氨酯涂料固化劑，同時研制消費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，進一步研討其固化機理；應用新型多異氰酸酯單體，研討開發高固體分、無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，擴展聚氨酯涂料的應用范疇。

 

5·完畢語

 

聚氨酯粉末涂料不只具有高裝飾性和優秀的物理力學性能，而且具有較全面的耐化學藥品性，特別是不易黃變、耐候性和耐光性突出。它統籌了環氧涂料和丙烯酸涂料的優點，與TGIC固化的純聚酯粉末涂料體系相比，更具有無毒無害的宏大優勢。聚氨酯粉末涂料的生命力表現在產品的性能、經濟性等優越性上，和其他粉末涂料相比具有更好的綜合性能，它正在被人們所認識，所占的比例也逐漸增加，特別是西歐，增長速度愈加明顯。聚氨酯粉末涂料因具有高裝飾性和優秀的物理性能、較全面的耐化學藥品性及突出的耐候性而遭到業界的普遍關注。行業應抓緊研發這個新種類，使之獲得更大的經濟效益和社會效益。隨著聚氨酯粉末涂料消費工藝的日益成熟，其在粉末涂料中所占的比例將越來越大。國內外對其的需求量越來越大，能夠預見聚氨酯粉末涂料的市場前景非常寬廣。

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