脲醛树脂粉与脲醛树脂性能比较

纸张、塑料、木材及家具制造业也是涂料的最大用户之一。粉末涂料已胜利地应用于热敏材质的涂装，并且真正完成了工业化消费。作为一支新兴的具有宽广前景的涂料种类，粉末涂料将进一步挤占液体涂料市场。UV固化粉末涂料和低温固化粉末涂料制造工艺的完善，使粉末涂料应用于热敏材质成为可能。卷钢涂装是一种预涂装，与传统的“后涂装”工艺有所不同，由于具有简化消费工艺、高效施工、俭省投资和运转费用、契合环保法规请求、涂膜性能优于传统办法等一系列优势，卷钢涂料成为当今涂料行业的开展方向之一。

 

2·聚氨酯粉末涂料的分类和构造特性

 

2.1 分类

 

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，由多异氰酸酯和多元醇（包括含羟基的低聚物）反响生成。聚氨酯粉末涂料主要由固化剂、封锁剂和多元醇树脂组成，其中固化剂多采用内封锁型多异氰酸酯，而多元醇树脂绝大多数选用聚酯树脂。聚氨酯粉末涂料是由粉末聚氨酯树脂、固化剂（含羟基等官能团的聚合物）、颜料、填料以及助剂等组成彩色粉状混合物，其均匀粒径为40～60μm。通常是将各物料高速混合后，于100～120℃挤出、冷却、粉碎、筛分而制得。聚氨酯粉末涂料有封锁性聚氨酯粉末涂料（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。常见的聚氨酯粉末涂料有如下三大系列。

 

2.1.1 封锁型聚氨酯粉末涂料系列

 

这类粉末涂料的配制和应用原理与封锁型聚氨酯涂料相同，常用恰当的封锁剂和二异氰酸酯及其加成物或预聚体停止反响，进而构成不含NCO基的封锁型聚氨酯，在制粉工艺的温度（100～120℃）下是稳定的，可与含活性氢的固化剂、颜料及助剂一同制粉。当温度高于130℃时，这种封锁型聚氨酯会解封，而解封后的NCO基会立刻和固化剂反响，构成稳定性更高的聚氨酯涂层。运用被封锁的IPDI或HDI缩二脲，可制得耐候性很好的高装饰性粉末涂料。甲苯二异氰酸酯及其加成物的价钱较低，因而也常采用。为了进步其耐热性和改善其耐候性，常将TDI三聚后再封锁，以保证应用活性较大的对位NCO来停止固化成膜。三聚后的叔氮原子被异氰脲酸酯环所稳定，不易受紫外光的作用重排成醌式助色基团，因而聚氨酯粉末涂层的耐候性得以改善。

 

2.1.2 带羧基、羟基、环氧基、氨基的聚氨酯粉末涂料系列

 

封锁型聚氨酯粉末涂料在固化时有封锁剂释放出来，常常会污染大气和有损涂膜外观。为克制其缺陷，选用适宜的原料，采用分步反响的办法，制备含有大量氨基甲酸酯键产带有羧基（COOH）、羟基（OH）、环氧基及氨基（NH2）的各类聚氨酯树脂，然后以含有环氧基的环氧树脂、异氰脲酸三缩水甘油酯、聚丙烯酸环氧酯、环氧聚氨酯、含羧基酸酐、羧基型聚酯树脂、羧基型丙烯酸酯、含羟基的脲醛树脂、聚酯树脂、N-酰基酰亚胺树脂以及N-酰基内酰胺树脂为固化剂，视聚氨酯树脂上所带官能基的不同选择适宜的固化剂种类。采用此法制备聚氨酯粉末涂料时，因可供选择的原料种类很多，配方选择余地大，故可按不同的运用请求停止配方设计，以制备出具有各种优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

 

该涂料制备原理是环氧倾倒物中的环氧基，在高温下并有碱性催化剂的作用下开环，立刻与含NCO基的聚氨酯树脂构成二噁唑酮环而制成的：以含有NCO基的聚氨基树脂和作固化剂的特制环氧化合物及其催化剂、颜料、助剂等，按常规制法即可得到含NCO基的聚氨酯粉末涂料。其关键是特制环氧倾倒物及其催化剂的制备与选择，请求它在制粉的挤出温度下不开环，只在固化温度下开环并联成膜。这类聚氨酯粉末涂料不只流平性好，涂膜光亮平整，而且耐高温性能、各项物理机械性能和耐候性优良。在制造过程中，因运用了含NCO基的聚氨酯树脂，所以应尽量防止与湿气接触，通常采用密闭式联动流水线消费。

 

2.2 构造特性

 

粉末涂料具有如下特性：涂膜的耐候性好，适用于户外用产品的涂装；涂膜的耐热性好，在烘烤固化时涂膜不易泛黄；涂膜耐冲击强度、柔韧性、硬度等物理性能优良，耐化学药品和耐水等性能良好；涂料的涂装性能好，能够用空气喷涂法和静电粉末涂装法等办法涂装；固化聚酯粉末涂料烘烤固化过程中，根本不产生反响副产物，涂膜不易产生缩孔、针孔等弊病。同时，粉末涂料的应用率接近100%，喷涂后的粉末能够回收应用；通常比液体涂料较易施工，构成的涂膜耐久性好，产品上风明显。和其它类型的粉末涂料相比，聚氨酯粉末涂料具有以下特性：熔融流平常，熔融黏度低，特别是封锁剂在解封之前不起任何化学反响，使粉末涂料有足够的流平常间，涂膜流平性好。新的内封锁型脲二酮固化剂技术的完成，使得这种粉末涂料对空气的污染简直为零；对被涂物的附着力好，不需求底涂；涂料的配制范围宽，可配制不同性能请求和固化速度的涂料；涂膜的物理力学性能和耐化学品性能好。但是聚氨酯粉末涂料烘烤时，会释放出封锁剂，产生异味。

 

作为一种主要耐候性粉末涂料的产品，聚氨酯粉末涂料具有常规通用粉末涂料的通性之外，还具有以下特性优势：在挤出过程中不会有反响发作；粉末涂料熔融流平常熔融粘度低，涂膜流平性好。在普通固化温度（140～200℃）下具有较低的熔融黏度，以便取得良好的润湿性和流平性；特别是封锁剂解封之前不起化学反响，使涂料具有足够的流平常间，容易得到平整的润滑涂膜。树脂不含有相对分子质量太高的聚合物，使得树脂的软化点和熔融温度接近，从而使固化时的反响速率相匹配；有良好的力学性能和耐磨性；有良好的物理贮存稳定性；有良好的耐化学腐蚀性；涂料成膜后的物理机械性能和耐化学药品性能优秀；耐候性优良，适于户内防腐运用，脂肪族聚氨酯耐候性好，适于室外高装饰运用。对被涂物附着力好，普通不需求涂底漆；涂料配制范围比纯聚氨酯粉末宽；涂料的施工性好，主要以静电粉末喷涂法施工。正是由于聚氨酯粉末涂料兼具优良的装饰性和耐候性，因而在家用电器、电气设备、空调设备、道路栅栏、铝型材、装饰资料及汽车零件等方面得到普遍应用。目前这类粉末涂料统治着美国和日本的粉末市场，其产量已超越混合型粉末涂料。聚氨酯粉末涂料除具有常规粉末涂料的特性之外，还具有优秀的物理机械性能和防腐蚀性能，涂膜具有光亮饱满、耐磨、耐划伤、耐溶剂等特性，其流平性和附着性也很好。假如采用脂肪族二异氰酸酯（HDI、IPDI）制备聚酯粉末涂料，还具有极好的耐候性，保色保光性和高装饰性。聚氨酯粉末涂料由于其优良的性能和可完成较低温度固化，近年来研讨及应用十分活泼，能够估计聚氨酯粉末涂料将在高装饰性请求的范畴得到普遍的应用，包括汽车、机械、仪器仪表及建筑业。

 

3·聚氨酯粉末涂料的种类开发及制备

 

聚氨酯涂料中并不一定要有聚氨酯树脂存在，聚氨酯粉末涂料就是由羟基树脂和封锁型多异氰酸酯为原料制成的，二异氰酸酯在常温下大局部是具有挥发性的有毒液体，与羟基聚酯树脂有很高的反响活性。为降低其挥发性及毒性，并制形成固体以便于运用，人们通常用二元醇或三元醇与之反响。聚氨酯涂料中存在的大量氨酯键能构成大分子间的氢键，氨酯键不易与酸、碱、油反响，氢键能够缓解外力作用，所以聚氨酯涂层的化学稳定性好，机械性能优良。涂层未到达解封锁温度前因没有交联反响发作，所以熔融黏度不会增加，涂层有足够的流平常间完成良好的涂层外观。另外解封锁前不发作反响，就大大减少了挤出加工过程中胶化的可能性，使消费工艺容易控制。

 

聚氨酯粉末涂料的性能根本是由基料决议的，作为聚氨酯涂料基料的含羟基聚酯主要有PG333羟基聚酯树脂等。有人将基料与固化剂配合，参加流平剂、安息香、钛白粉、助剂按配方制备聚氨酯粉末涂料。封锁型聚氨酯体系又可分为封锁多异氰酸酯及封锁预聚物。其原理是应用某些化合物与多异氰酸酯反响生成的氨酯键在加工温度下是稳定的，足以保证不会与含活性氢的化合物发作反响。但这种氨酯键的热稳定性是有限的，当温度高于130℃时，解封锁释放出—NCO基团，疾速与化合物中的活性氢反响生成热稳定性高的聚氨酯键。这种只能构成有限热稳定性的含活性氢的物质，通常叫作封锁剂。

 

常用的多异氰酸酯是异佛尔酮二异氰酸酯，其他脂肪族、芳香族二异氰酸酯也能采用。为了取得耐候性好、耐热性高的产品，可将甲苯二异氰酸酯先停止三聚反响，然后再封锁，最好是先封锁后三聚，以便保证固化时释放出反响活性比拟高的对位—NCO基团。三聚后构成的叔氮原子被三聚异氰酸环所稳定，受紫外光作用不会合成，即便在仲氮原子处合成生成芳香胺，由于叔氮原子的阻止也不会氧化重排生成醌式助色团，因而具有较好的耐候性。

 

为了调理产品的性能，也可采用普通办法将二异氰酸酯与多元醇首先制成预聚物，然后再停止封锁反响。能与封锁型聚氨酯停止交联反响的固化剂，通常是带羟基的各种高分子化合物，如聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚乙烯醇及其衍生物。

 

聚氨酯粉末涂料体系在固化过程中挥发出的封锁剂对大气形成了严重的污染，并且易惹起涂膜的外观变差。因而，人们开发出带有其他官能基的聚氨酯粉末涂料体系。这类聚氨酯树脂能够在很广的范围内选择原料，并依据用处停止分子设计，制造出综合性能优秀的聚氨酯粉末涂料。德国一家公司开发了一种能够采用含游离异氰酸基团的聚氨酯，制备静电喷塑用聚氨酯粉末涂料。

 

其固化机理是环氧基只要在固化所需求的高温时，才干受某些碱性物质催化而开环，随即与异氰酸基团直接反响生成二口恶唑烷酮环。由该体系所制得的涂层流平性好，外观平整润滑、耐高温、各项机械性能突出，户外耐候性好，其性能之优秀是别的体系无法相比的。无论是封锁多异氰酸酯还是聚氨酯树脂，均能采用传统的溶液聚合法。

 

聚合后可采用减压蒸馏、薄膜蒸发器及喷雾枯燥器回收溶剂。溶液聚合法制得的树脂，无论采用何种方式回收溶剂，都要耗用较大能量。因而也普遍采用非水分散体系停止加聚反响。在非水分散体系中，采用对聚氨酯树脂溶解才能差的溶剂作聚合介质，聚合时借助外表活性剂及激烈的机械搅拌使反响体系乳化。反响完成后，浆状的细分散粒子在室温下静置，很快就会沉降。反响产物经过滤、洗濯、低温烘烤便制得均匀粒径为30μm的聚氨酯粉末，经过滤别离的溶剂可直接回收运用。上述办法均需运用有机溶剂，固然溶剂可以回收运用，但在消费和储存过程中，仍存在有机溶剂对环境的污染，并可能惹起火灾。为此，人们努力于研讨熔融聚合法，由于聚合物熔体的黏度比拟高，除封锁多异氰酸酯这类低分子化合物外，许多支化的聚氨酯树脂均难以采用釜式法消费。于是许多国度开端研制螺旋反响器，可用于消费聚氨酯、聚酯、聚醚及有机硅等树脂。

 

聚氨酯粉末涂料制备办法与其他喷塑资料的制备办法类似，首先用聚氨酯树脂、交联剂、颜填料和助剂停止预混合，然后经挤出、粉碎、筛分，最后包装成产品。预混合的平均水平对产质量量有很大的影响。有许多混合设备可供选用，其中高速混合机因其混合效果好、效率高而被普遍应用。熔融挤出是制备聚氨酯粉末涂料的关键工序。经预混合的物料在挤出加工时，借助于外热和螺杆旋转时产生的剪切力，使树脂熔融并充沛润湿分散颜填料。筛分的目的是除去不同规格的级分及杂质，关于单机批量消费，通常采用各种机械筛。

 

4·聚氨酯涂料开展趋向

 

聚氨酯涂料的开展趋向为开发高性能、低能耗和无污染的聚氨酯涂料，即开发高固体含量、水性和无溶剂聚氨酯涂料。我国聚氨酯涂料开展趋向如下：进一步完善TDI固化剂的多样化和系列化，开发MDI系列涂料产品。MDI的蒸汽压比TDI低，其涂料产品的毒性较小，硬度大，国内MDI主要用作硬质泡沫，MDI用作室内涂料的性能优势要大于TDI，主要用于高硬度的水晶地板漆，重防腐涂料等。尽快研发脂肪族异氰酸酯固化剂，开展HDI缩二脲、HDI三聚体、IPDI加成物和三聚体等固化剂产品，以填补国内空白，推进我国聚氨酯涂料的开展。降低游离异氰酸酯单体含量，增加固化剂与羟基树脂的相容性。国外聚氨酯固化剂产品的游离单体含量大都在0.5%左右。为使产品的相对分子质量散布平均，以降低粘度，加强与其他组分的混容性，有的采取不完整反响法，即当反响停止到60%以上，就终止反响，然后采用薄膜蒸发器后处置除去残留的单体。相比拟而言，我国由于技术手腕落后、工艺设备缺乏，目前尚无范围较大的去除游离单体的专用设备，降低残留单体含量主要靠改动配方和增加反响水平来完成；这些措施直接招致产品的消费工艺不稳定、粘渡过大，和其他组分的混容性差，色泽深，残留单体仍然高居不下。必需加大薄膜蒸发器的开发与设计，降低固化剂体系中游离单体含量，处理固化剂消费过程中的关键技术，华南理工大学正在停止这方面的工作。

 

开发高性能、低毒、低污染的聚氨酯涂料。研制开发水性聚氨酯涂料，丰厚和完善水性聚氨酯涂料种类，进步性能将是一个极富应战的课题；开发聚氨酯粉末涂料，使封锁的IPDI固化剂国产化，降低粉末聚氨酯涂料的固化温度，开发HMDI、IMIC等新型粉末聚氨酯涂料固化剂，同时研制消费配套的羟基聚酯和羟基丙烯树脂，改善聚氨酯粉末涂料的外观，进一步研讨其固化机理；应用新型多异氰酸酯单体，研讨开发高固体分、无溶剂及非水分散体等聚氨酯涂料新种类。开展和完善聚氨酯专用涂料种类，扩展聚氨酯涂料的应用范畴。

 

5·完毕语

 

聚氨酯粉末涂料不只具有高装饰性和优秀的物理力学性能，而且具有较全面的耐化学药品性，特别是不易黄变、耐候性和耐光性突出。它统筹了环氧涂料和丙烯酸涂料的优点，与TGIC固化的纯聚酯粉末涂料体系相比，更具有无毒无害的宏大优势。聚氨酯粉末涂料的生命力表现在产品的性能、经济性等优越性上，和其他粉末涂料相比具有更好的综合性能，它正在被人们所认识，所占的比例也逐渐增加，特别是西欧，增长速度愈加明显。聚氨酯粉末涂料因具有高装饰性和优秀的物理性能、较全面的耐化学药品性及突出的耐候性而遭到业界的普遍关注。行业应抓紧研发这个新种类，使之获得更大的经济效益和社会效益。随着聚氨酯粉末涂料消费工艺的日益成熟，其在粉末涂料中所占的比例将越来越大。国内外对其的需求量越来越大，能够预见聚氨酯粉末涂料的市场前景非常宽广。

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