隨著涂料工業(yè)的發(fā)展，粉末涂料在金屬底材的涂裝方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，近年來，抗菌型、高耐磨型、耐熱型等功能性產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用成為粉末涂料的發(fā)展方向。
耐熱性粉末涂料是指能長期經(jīng)受200℃以上溫度，涂膜良好，并能使被保護(hù)對象在高溫環(huán)境中正常發(fā)揮作用的粉末涂料。
從聚合物熱穩(wěn)定性機(jī)理來講，聚合物的耐熱性主要取決于其分子結(jié)構(gòu)。通過在主鏈上引入較大或較多的極性側(cè)基，增加分子間相互作用力等方法，可提高聚合物的熱穩(wěn)定性。
提高粉末涂料耐熱性能的另一途徑是在聚合物中加入耐熱的顏料和填料。常用的顏填料有鋁粉、云母粉、不銹鋼粉、鎘粉、二氧化硅等。
1、試驗(yàn)部分
1.1 涂膜的制備
按照配方制備粉末涂料，混合粉碎，雙螺桿擠出機(jī)擠出，壓片、粉碎、過篩(180目)，靜電噴涂到經(jīng)噴砂處理的鋼板底材上，200℃/20min固化。
1.2 性能測試
耐熱性能：300℃烘箱;耐沖擊性：GB 1732-79;光澤度：GB 1743-79。
2、結(jié)果與討論
2.1 樹脂的耐熱性
樹脂作為涂料的主要成膜物質(zhì)是決定涂層耐熱性的*基本因素，通常的樹脂產(chǎn)品耐熱指標(biāo)見表1。
粉末涂料一般在180~200℃，20min的條件下固化成膜，屬于熱固性涂料，其涂層形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，所以較熱塑性涂料的耐熱性能有一定的提高。
通過對環(huán)氧型、環(huán)氧聚酯混合型、聚酯/TGIC型等粉末涂料的耐熱試驗(yàn)(表2)表明，這些涂層基本都能夠在低于150℃的條件下長期使用。
但是在高于250℃的環(huán)境中，涂層則表現(xiàn)出失光、附著力下降、涂層脆化、柔韌性降低、粉化等破壞現(xiàn)象，使得涂層失去對底材的保護(hù)作用。
現(xiàn)有的通用型產(chǎn)品在以下幾個方面存在缺陷：
?、偻繉颖砻鎳?yán)重失光;
?、谕繉訖C(jī)械性能明顯變差;
?、弁繉拥娜犴g性明顯下降;
?、芡繉拥倪B續(xù)使用時間基本上都小于30h。
目前應(yīng)用*為廣泛的耐熱樹脂主要有有機(jī)硅樹脂和氟樹脂。有機(jī)硅樹脂以硅氧鍵(—Si—O—)為主鏈。
由于其鍵能高，因而具有高的氧化穩(wěn)定性，并且有機(jī)硅樹脂能夠在涂層表面生成穩(wěn)定鏈—Si—O—Si—的保護(hù)層，減輕了對聚合物內(nèi)部的影響;
有機(jī)硅樹脂在耐熱涂料中具有廣泛的應(yīng)用，但是單獨(dú)使用有機(jī)硅樹脂由于其分子間作用力小，附著力差，而且價格過高。
依據(jù)初步試驗(yàn)結(jié)果，采用添加適量的有機(jī)硅樹脂的方法改性環(huán)氧樹脂，達(dá)到既**一定的耐熱性能又滿足市場需求的目的。
選用的2種有機(jī)硅樹脂均為含羥基官能團(tuán)的樹脂，Si/Epoxy采用0.1、0.3 2個比例進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。
通過對有機(jī)硅樹脂在不同體系中的應(yīng)用可以看出，有機(jī)硅樹脂的加入明顯地提高了涂層的耐熱性能。
通過連續(xù)烘烤破壞試驗(yàn)證明，涂層的耐熱時間由原來的10h以上延長到了100h以上，另一方面，涂層的柔韌性也得到明顯改善，在連續(xù)9h的使用過程中能保持相當(dāng)?shù)娜犴g性。
2種不同的有機(jī)硅樹脂用量不同其性能也不同。當(dāng)有機(jī)硅樹脂占總量的0.1時，涂層的柔韌性能有顯著改善，但是其耐熱時間仍然較低，約為50h。
但當(dāng)其比例增加到0.3時，涂層的使用壽命可以超過100h。這說明有機(jī)硅含量的增加使得其與環(huán)氧樹脂接枝比例增加，使得涂層在高溫環(huán)境中能夠保持良好的性能。
有機(jī)硅樹脂1和2性能差別不大，有機(jī)硅樹脂1在改善涂層的柔韌性方面較樹脂2有優(yōu)勢，但其對于涂層高溫烘烤后的表面硬度有負(fù)面影響;而樹脂2則在涂層表面硬度方面優(yōu)于樹脂1。
3、選擇耐熱顏填料的試驗(yàn)
3.1 耐熱體質(zhì)填料
耐熱填料的選用也將直接影響到涂層的使用壽命，選用市場上較為常用的體質(zhì)填料，進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。
在所有試用過的填料中，烘烤前涂層的耐沖擊性由好到差依次為：硅灰石、云母粉、高嶺土> 硅線石>石英。烘烤后則為：云母粉*好，其余相差無幾。
從表4可以看出，云母粉作為耐熱填料較好，選用徑厚比>80的細(xì)鱗片狀結(jié)構(gòu)，在涂層中能夠形成良好的層間結(jié)構(gòu)，從而有效的阻止氧的滲入，減緩?fù)繉訕渲系睦匣?，達(dá)到延長涂層壽命的保護(hù)作用。
其他的填料如硫酸鋇、高嶺土等由于是球狀外形，所以在高溫環(huán)境中氧氣容易滲透，使得涂層內(nèi)部樹脂受到氧化破壞，從而降低涂層的附著力。
3.2 耐熱顏料
普通的有機(jī)顏料在高于200℃的使用環(huán)境中，會發(fā)生變色甚至分解，因此在耐熱型粉末涂料中只能選用無機(jī)顏料。
如氧化鐵、石墨、炭黑等，通過實(shí)驗(yàn)，綜合抗變色性、涂層機(jī)械性能等各種因素，氧化鐵類以及石墨是*佳的黑色顏料，不僅具有良好的抗高溫變色性，而且也不影響涂層的機(jī)械性能，其用量較大(可以占到樹脂總量的5%~20%)。
在耐熱型粉末涂料中顏填料的總量對于涂層的耐熱性能有較為明顯的影響，一般填料越多涂層耐熱性能越好，但是涂層的機(jī)械性能變差，通過實(shí)驗(yàn)*終確定其*佳的用量范圍為60%~100%之間(與樹脂總量的比)。
3.3 抗氧劑
由于涂層在高溫環(huán)境中使用，有機(jī)高分子會產(chǎn)生降解，尤其是在氧氣存在下，會加速涂層的老化過程，因此要添加一定量的抗氧劑來減緩?fù)繉拥睦匣^程。
粉末涂料使用的抗氧劑主要以亞磷酸酯和受阻酚類為主。亞磷酸酯類的主要功能是防止涂層在烘烤過程中黃變;
受阻酚類的主要功能是長期防止聚合物的氧化。亞磷酸酯和受阻酚, 類抗氧劑復(fù)合使用方能達(dá)到*佳的防老化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。
從表5可以看出，抗氧劑單獨(dú)使用時對于涂層的抗黃變性能沒有明顯的作用，但是當(dāng)兩者混合使用，且比例為4/1時，涂層表現(xiàn)出了明顯的抗黃變性能。
但是當(dāng)將使用溫度提高到300℃則發(fā)現(xiàn)，抗氧劑所起作用已不明顯，這可能是由于抗氧劑受熱揮發(fā)使得其含量下降，涂層中樹脂的分解速度過快，使得抗氧劑無法及時的消除樹脂因受熱產(chǎn)生的自由基。
4、結(jié)語
通過在環(huán)氧樹脂中添加樹脂總量10%~30%的有機(jī)硅樹脂，并選用耐熱填料——云母粉以及適量的復(fù)合型抗氧劑，使得粉末涂料的耐熱性能顯著提高(使用壽命由原先的300℃1h，提高到70h以上)。
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