耐候性粉末喷涂涂料

耐候性粉末喷涂涂料指的是能经受室外环境考验、长期保持其装饰和保护功能的粉末涂料。暴露在户外的粉末涂料会因日光曝晒、湿度、温度和污染物质(如酸雨)等多种因素的影响而发生老化降解。

其中,日光曝晒是日常生活中最为常见的自然作用力之一,涂层树脂中所含的酮基、羰基等基团会吸收太阳光中波长为290~400 nm的紫外光(UV),导致聚合物链发生光化学降解反应,聚酯涂层分子链断裂,涂层发生黄变和褪色、甚至粉化。雨淋和冷凝是涂层经受的另一种常见的自然作用。

大气中含有的酸性物质(如CO2、NO2和SO2等)溶于雨水后与涂层中的高分子成膜物、无机颜填料等碱性物质或者金属化合物发生化学作用,对含有酯键的聚合物链会产生降解作用,从而使涂层出现变色、失光和锈蚀现象。

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目前粉末涂料在户外的应用日趋广泛,如交通运输、室外装饰、工程机械等,对粉末涂料的耐候性提出了更高的要求。

粉末涂料涂层的耐候性能与组分的光谱敏感性有直接的关系。目前市场主要采用热塑性聚乙烯粉末涂料、热固性聚酯粉末涂料体系保证耐候性,主要应用于普通的环境,至于某些苛刻的环境(如酸和碱等)仍需要开发超耐候性粉末涂料。

粉末涂料的耐候性能提高取决于树脂种类、颜填料、助剂的选择和配套使用。一方面可以选择合适的基料树脂或对基料树脂改性并选择合适的固化剂。

耐候性粉末涂料用树脂种类繁多,但普遍耐久性较差。而氟树脂由于具有键长较短、键能远远高于碳-碳及碳-氧键键能的氟-碳键结构,可以紧密排列在聚合物周围,使氟碳粉末涂料表现出优良的耐候性能,广泛应用于高端建筑铝型材领域、电气电子和航天航空等领域,生产施工工艺成熟,是当今世界公认的超耐候涂料品种。

氟碳粉末涂料是含氟树脂的粉末涂料的统称,主要分为两大类:

一类是以PVDF(聚偏二氟乙烯)、ECTFE(乙烯-三氟氯乙烯共聚物)等树脂为基料的热塑性氟碳粉末涂料;

另一类是以三氟氯乙烯/四氟乙烯及官能单体共聚而成的固体FEVE(氟烯烃-乙烯基醚或酯的共聚物)氟树脂为基料的热固性氟碳粉末涂料。

PVDF、ECTFE等热塑性氟碳粉末涂料各项性能优异,目前主要集中研究PVDF/热塑性丙烯酸氟碳粉末涂料和PVDF氟碳改性粉末涂料。但PVDF树脂硬度高、韧性强,国外通常用液氮进行深冷粉碎,成本较高,不适合工业化生产。而且熔融挤出的PVDF粉末涂料外观、光泽度、保光率都较差,只能作某些特殊用途。普通粉末涂料通过加入适量PVDF氟碳改性聚酯树脂可以明显改善粉末涂料的综合性能,耐候性甚至高于超耐候聚酯粉末涂料,但与PVDF氟碳粉末涂料存在一定差距。热塑性氟碳粉末涂料仍存在着施工困难,烘烤温度高(240~300 ℃)、静电喷涂困难(一般需要热喷涂)等问题。

目前涂料行业通过控制涂层老化的3个主要因素(光照、高温和潮湿),采用大气曝露试验、加速户外耐候老化测试、加速实验室测试3种方法评估涂层的耐候性。

氟碳粉末涂料具有优异的耐候性能,却在市场中占比很小,国内尚未形成氟碳粉末涂料的系列产品。仍然存在很多问题尚待解决:包括优化氟碳粉末涂料的生产工艺和降低生产成本;提高氟碳粉末涂料的外观、光泽度和耐冲击等性能。开发出具有优异性能的超耐候粉末涂料仍然是具有挑战性的一项任务。

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