耐高温聚酯树脂的综合性能改善探索

2024-03-13 14:34:03 311
摘要:聚酯树脂作为耐高温粉末涂料的基料,已广泛应用于电所、电站、冶金、石油、化工、食品等诸多领域。然而传统的耐高温粉末涂料普遍存在耐候性、机械物性及重涂性等缺陷,与耐高温性能很难取得平衡。主要通过对聚酯树脂结构上的优化,以获得一种具有建材耐候级别兼具300 ℃耐温性能以及良好机械物性的耐高温粉末涂料。关键词:聚酯树脂 耐高温粉末
引言
伴随工业及民用市场的蓬勃发展,以及对去溶剂化的日益重视,越来越多的行业需要使用到耐高温粉末涂料,例如烤炉、大功率灯饰外罩、暖气管道、摩托车排气管、烟囱等。
目前市场上常见的耐高温树脂通常是将聚酯树脂、环氧树脂、硅树脂等单独或混拼使用,从而满足不同的耐温需求。在中等耐温区间(约300 ℃),聚酯与环氧树脂相比,具有显著优越的耐候性。同时,由于聚酯树脂带有极性基团,因而具有良好的上粉率,同时其兼具有光泽高、流平性好、漆膜丰满、低色度等特性。而与硅树脂相比,聚酯树脂在重涂性、机械性能以及价格方面具有明显的优势。
科思创粉末涂料树脂部门于2016年推出了一款具有良好耐高温性能的聚酯树脂(URALAC P4930),并且基于此专利技术,进一步尝试不同结构和比例的反应单体及助剂,最终获得具有建材耐候级别、良好抗冲击性能并且耐温可达300 ℃的新型耐高温聚酯树脂。 

1实验部分

1 实验部分

1.1 原材料

新戊二醇(NPG)、三羟甲基丙烷(TMP)、对苯二甲酸(PTA)、间苯二甲酸(IPA)、己二酸(ADA)、丁基锡酸、单体A、单钡、炭黑(三菱MA-100)、流平剂(南海GLP588)、安息香等。


1.2 实验设备

玻璃反应釜、差式扫描热量仪、Brook-Field CAP2000 +Viscometer、Buss PCS双螺杆挤出机、Gema PGC-1高压静电喷涂设备、烘箱、涂膜厚度仪、光泽仪、冲击仪。


1.3 聚酯树脂的合成

将适量配比的对苯二甲酸、耐热单体Ⅰ、耐热单体Ⅱ、C2~C8二元醇及三羟甲基丙烷在丁基锡酸的催化作用下进行酯化反应,温度为160~270 ℃,直到水的流出量为理论出水量的90%。常压下将间苯二甲酸、己二酸加入反应物,控制温度直至反应物澄清透明。将透明产物升温至220~250 ℃,使用50~300 Pa负压至反应发生率大于99%,结束反应获得最终的聚酯树脂。基本参数见表1。



1.4 粉末涂料的制备

首先,将所有用于制备粉末涂料的原材料包括树脂、交联剂、催化剂、流平剂、颜料和消泡剂在预混机中混合。其次,将经过预混的原物料经过挤出机熔融挤出,并将熔融挤出的物料冷却压片。然后,将片状物通过粉碎机粉碎并过

筛,得到合适粒径的粉末颗粒即为粉末涂料。通过静电喷涂的方法使粉末涂料附着在工件表面,并在加热情况下得到粉末涂料涂层。粉末涂料制备条件及实验配方分别为表2和表3。



1.5 粉末涂料基本性能检测

粉末涂料实验室测试方法如下。

—外观:PCAII-017;

—流平:PCAII-002;

—光泽:PCAII-004;

—冲击性能:PCAIV-021;

—耐热性能:在300 ℃下烘烤1 h或270 ℃下烘烤6 h后测量漆膜的保光性,保光率需维持在50%以上,且冲击漆膜时不出现明显的开裂和脱落;

—储存稳定性:PCAII-022。


2结果与讨论

2.1 耐温单体对粉末涂料基本性能的影响

分别在合成树脂中加入耐温单体Ⅰ,添加量约为总质量的15%、9%、3%(见表1),所得粉末涂料基本性能及加速老化测试结果见表4和图1。



从表5和图1的实验结果可知,随着耐温单体Ⅰ的添加量增加,在6 h@270 ℃的烘烤条件下,保光率随之明显提升,可知粉末涂料涂层的耐温性能得到明显改善。然而,涂层的耐候性将会随着耐温单体Ⅰ的添加量的不断增加而有所下降,且胶化时间显著缩短,光泽略有上升。


2.2 优化

如上所示树脂A具有十分优异的耐温保光性能,但其在QUVB加速老化测试条件下的保光率只有不到200 h,极大地局限了其在耐高温粉末涂料中的应用领域。
鉴于耐温单体Ⅰ与建材级别的耐候要求存在显著差异(QUVB加速老化条件下约300 h),基于耐高温聚酯合成制备的专利技术,现进行了如下树脂配方优化的尝试。
首先,在树脂A的基础上,显著提高IPA的含量并取代原配方中的PTA,由表6和图2可知,树脂D的耐温保光率性能仍然十分出色,且QUVB加速老化条件下的耐候性得到了明显的提升(~329 h)。不过,由于引入大量的IPA导致机械性能无法满足需求。然后,在树脂D中采用结晶性树脂的方式进行改性,流平可得到明显加强,然而粉末涂料T g显著下降并且抗冲击性仍然较弱,同时其物理储存稳定性也受到了一定的负面影响。当在树脂D中添加5%增韧助剂后,对抗冲击性能改善明显,而对耐候性无明显影响,但耐温效果下降明显,同样无法完全实现预定的需求。

针对如上所述采用IPA、结晶化树脂以及增韧助剂所存在的局限性,在不断反复地尝试之后,我们发现一种特殊的耐温添加剂Ⅱ,可以在很大程度上同时改善耐温保光性、机械物性以及耐候性等需求。如表5和图2所示,树脂E及F在加入极少量的耐温添加剂Ⅱ之后,即可获得相当平衡的综合效果,并且随着添加量的增加,涂层固化后的耐温保光性也能随之上升,并且基本上影响粉末涂料涂层机械性能以及存储稳定性。


2.3 TGA测试结果

通过TGA(热失质量分析)测试(图3、图4)结果分析见表7,树脂F与普通聚酯相比,从表6的热失质量残留物结果可知,在粉末涂料涂层固化成膜后体现出更好的耐温性能。关键词:外墙乳胶漆厂家、工业油漆、涂料油漆、工业涂料、水性金属漆、水性防锈漆、水性油漆、木器油漆、汽车涂料、建筑涂料


3结语
传统的耐高温聚酯粉末涂料很难同时兼具优异的耐温保光性、机械物性以及耐候性。引入耐温单体Ⅰ后发现,涂层固化成膜之后的耐温性与耐候性呈现出反比的趋势。同时,通过改变二元酸单体比例或引入结晶性树脂以及增韧助剂,仍然无法实现上述三种性能的综合效果。只有当引入特殊的耐温添加剂Ⅱ之后,涂层固化后可达到预定的性能要求,其本身用量相对较小,且极大地降低了耐温单体Ⅰ的用量,具有良好的经济优势。所制得的耐高温聚酯粉末涂料兼具优良的机械性能、良好的户外耐候性以及出色的耐温保光性,并且能普遍适用于一般粉末涂料实际生产、存储运输等一系列要求。



来源:2021/2022中国粉末涂料与涂装行业年会会刊

作者:文 / 黄思恺 / 张雪磊 / 杜 娟(科思创树脂)



首页/
产品
新闻
联系