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氟碳粉末涂料在建材表面的应用进展

文章出处:未知作者:admin发表时间:2020-11-03 12:59

氟碳粉末涂料具有优良的耐候性和耐化学药品性,还具有表面张力低、摩擦力小、疏水性和非粘附性等特性,在粉末涂料行业成为一个不可或缺的品种。从产品生命周期看,发展高耐候性氟碳粉末涂料在各个领域应用,既可以减少因重涂所产生的费用,也可以响应现代社会零VOC排放要求,在保护涂装基材同时对低碳社会有所贡献。

1 氟碳粉末涂料发展

目前,国内氟碳涂料的应用形式主要以溶剂型涂料为主,溶剂型氟碳涂料生产和施工工艺成熟,涂层在众多建筑上已得到很好体现,市场认可度高。随着国家对环保的日益重视,溶剂型氟碳涂料使用日益受到限制,涂料在初次涂装时尽量减少VOC排放量非常重要。粉末涂料VOC排放量非常低,更适合在高温烘烤型场合使用。表1中给出以一般溶剂型涂料初次涂装VOC排放量设定指数为100的情况下,其他形态涂料的相对VOC排放量。

                                       表1 涂料种类及初期VOC排出量

氟碳粉末树脂品种很多,但是适用于粉末涂料的品种很少。从实际应用角度考虑,作为建材表面用氟碳粉末树脂按成膜物质可分为热塑性和热固性2种。热塑性氟碳粉末涂料以PVDF树脂为基料;热固性氟碳粉末涂料以三氟氯乙烯-乙烯基醚/酯树脂为基料。

PVDF氟碳粉末涂料在20世纪70年代出现,FEVE氟碳粉末涂料从20世纪90年代末开始在市场上应用,目前市场占有率还是很低。近年来,国内粉末涂料行业对氟碳粉末涂料需求越来越旺盛;国外中东地区很多建筑物要求涂料不含溶剂而且耐候性要达到AAMA 2605-2005标准,对氟碳粉末涂料需求正在增长;亚洲及大洋洲地区对氟碳粉末涂料需求有同样倾向,这些市场发展方向给氟碳粉末涂料在建材领域快速发展提供了强劲动力。表2给出了氟碳涂料种类及溶剂含量。

表2 氟碳涂料种类及溶剂含量

 

2 氟碳粉末涂料性能

树脂是粉末涂料主要成膜物质,是决定粉末涂料性质和涂膜性能最主要成分。粉末涂料用树脂性质和性能决定粉末涂料配方组成和用途。氟碳粉末树脂中C-F化学键能为485kJ/mol,大于自然光中紫外线的键能411kJ/mol,制备的氟碳粉末涂料耐候性远远高于聚酯粉末涂料,具有长效保光保色性。

作为氟碳粉末涂料两大类产品,PVDF和FEVE氟碳粉末树脂种类、成膜机理不同,生产工艺过程也有很大区别,实践应用结果表明:两类氟碳粉末涂料具有良好的耐候、耐酸、耐碱等综合理化性能。表3给出PVDF氟碳粉末涂料与FEVE氟碳粉末涂料主要性能对比。

表3 PVDF氟碳粉末涂料与FEVE氟碳粉末涂料性能比较


2.1 PVDF氟碳粉末涂料组成及生产工艺

2.1.1 PVDF氟碳粉末涂料组成

PVDF是偏氟乙烯均聚物,是一种韧性热塑性加工塑料。PVDF氟碳粉末涂料配方中,PVDF含量为70%,配以优质高耐候颜料,通过加入约30%热塑性丙烯酸树脂以提高涂料与基材粘结性,并改善填料分散性。经过高温固化,PVDF氟碳粉末涂层具有与液体氟碳涂料同样组成和性能。

在PVDF氟碳粉末涂料开发过程中,配套的丙烯酸树脂很重要,它需要与氟碳树脂有很好相容性,才能在成膜过程中形成高分子合金,耐侯性才会有保证。液体PVDF涂料有配套底漆,比较容易解决在金属基材表面附着力,在PVDF氟碳粉末涂料中,通常不使用底漆,因此选用丙烯酸树脂提供附着力显得非常重要。在PVDF氟碳粉末涂料中,液体涂料中使用的传统热塑性丙烯酸树脂不能提供足够附着力。因此,新型丙烯酸树脂的开发应用,成为PVDF氟碳粉末涂料快速发展的关键技术之一。

2.1.2 PVDF氟碳粉末涂料生产工艺

据文献介绍,PVDF氟碳粉末涂料可以采用熔融挤出混合法,其具体工艺过程为:PVDF树脂、丙烯酸树脂、颜料、助剂、填料→高速搅拌型混合机预混合→双螺杆挤出机挤出→冷却破碎→液氮深冷破碎→分级过筛→PVDF氟碳粉末涂料成品。

近年来,有公司开发出一种超细氟碳粉末涂料制备方法,其具体工艺过程为:PVDF、丙烯酸树脂→在有机溶剂(丁酮+甲苯)中溶解→加入颜填料后高速分散→研磨至规定细度→调节黏度→加压喷雾干燥→冷却干燥→分级过筛→超细PVDF氟碳粉末涂料成品。

从上述PVDF氟碳粉末涂料生产工艺过程可以看出,熔融挤出混合法存在熔融挤出混炼效果差,挤出机螺杆不易清洗,后期还需要昂贵繁琐的液氮冷冻粉碎工艺,工业化应用难度较大,目前国内还没有厂家采用此方法生产PVDF氟碳粉末涂料。

超细氟碳粉末涂料法需要先制备溶剂型PVDF涂料,后期采用喷雾干燥工艺制备PVDF氟碳粉末涂料。此方法工艺繁琐,能耗高,还存在溶剂回收处理等一系列问题。另外,从这些年市场反馈情况分析,终端客户对这种方法制备PVDF氟碳粉末涂料接受和认可程度不高,产品在应用过程中还存在一些亟待解决的问题。

2.2 FEVE氟碳粉末涂料组成及生产工艺

2.2.1 FEVE氟碳粉末涂料组成

FEVE氟碳粉末树脂主要是指主链中含羟基官能团的三氟氯乙烯-乙烯基醚或乙烯基酯类共聚物,树脂软化点80℃左右,100℃左右熔融,其颜料分散性优异,且可以用一般的粉末涂装工艺。

FEVE氟碳粉末涂料由热固性氟粉末树脂、聚多异氰酸酯固化剂、颜料、填料、助剂为主要成分组成,具有超长耐候性、优异耐腐蚀性、极佳耐盐雾性、优异保光保色性,对基材具有优异的保护和装饰效果,主要技术指标达到QUALICOAT-2009 Ⅲ(欧洲建筑涂层标准:建筑用铝型材表面喷漆、粉末涂装的质量控制规范)和AAMA 2605-2005要求。

2.2.2 FEVE氟碳粉末涂料生产工艺

FEVE氟碳粉末树脂具有和一般环氧、聚酯树脂相近的熔融温度,可以用目前通用挤出设备生产热固性粉末涂料,在一般热固性粉末涂料烘烤条件下(180~200℃,15~20min)固化成膜,其具体生产工艺过程如下:

FEVE粉末树脂、固化剂、颜填料、助剂等→预混合→双螺杆挤出机熔融挤出→冷却破碎→细粉碎→分级过筛→FEVE氟碳粉末涂料成品。

2.3氟碳粉末涂料主要性能对比

FEVE氟碳粉末涂料可以提供多种颜色及金属闪光效果的氟碳涂料,在颜料润湿性、光泽、颜色选择等方面都要优于PVDF氟碳粉末涂料。化学药品对其他粉末涂料涂膜以及PVDF氟碳粉末涂料涂膜点腐蚀性很大,对FEVE氟碳粉末涂料相对影响较小。用FEVE氟碳改性聚酯粉末涂料,耐候性及耐腐蚀性比一般聚酯粉末提高一倍以上,具有更广阔的应用空间。表4给出几类市场常见氟碳粉末涂料主要性能对比。

表4 氟碳粉末涂料主要性能对比



3 氟碳粉末涂料施工应用工艺

铝合金基材是建材领域应用最为广泛的基材,也是粉末涂料,包括氟碳粉末涂料应用最集中的领域。在不进行预处理前提下,氟碳粉末涂料在铝合金表面附着力和机械性能非常差。

铝合金基材表面处理是粉末涂料施工基础工序,主要作用有3个方面:一是清除被涂物件表面污垢;二是去除物件表面存在的缺陷,创造喷涂需要的表面粗糙度;三是对被涂物件表面进行各种化学处理,提高涂层附着力和防腐能力。铝合金基材表面处理技术在影响涂层耐久性诸多因素中占比最大。表5给出涂层质量影响因素和所占比率。

表5 涂层质量影响因素和所占比率



FEVE氟碳粉末树脂含有羟基官能团,树脂极性较强,对铝合金基材有较好附着力,一般在应用时不需要涂底漆。20多年的成功应用案例表明,在氟碳粉末涂料施工中,在铝合金基材表面进行黄铬化处理后,喷涂FEVE氟碳粉末涂料,是一种成熟的施工配套模式。

目前阶段,无论是QUALICOAT-2009还是AAMA 2605-2005,对氟碳粉末涂料涂层,都是针对黄色铬化铝材进行测试认证,无铬化(锆钛系/硅烷类)以及三价铬等处理方式都还没有成熟案例。欧洲从2016年起禁止在建材表面处理中使用黄色铬化,所以,这给氟碳粉末涂料今后在铝型材表面应用提出严峻挑战,需要尽快找到替代解决方案。

4 氟碳粉末涂料市场应用现状

氟碳粉末涂料作为粉末涂料中高端产品,主要在铝幕墙、窗框等建材,空调外机外框、变压器及仪表灯外装中使用。

随着国民经济发展和生活水平提高,业主对有机涂层要求越来越高,不仅要有很好的装饰效果,更要有非常优异的户外保色性、耐久性。国际上已经制定了这类产品标准,即QUALICOAT-2009 III和AAMA 2605-2005,并在液体氟碳涂料应用中使用。但在传统粉末涂料产品中,目前还没有能达到该标准要求的。

应用结果表明,FEVE氟碳粉末涂料通过了QUALICOAT-2009 III和AAMA 2605-2005认证,主要性能远远超过国内铝合金建筑型材——粉末喷涂型材标准中耐候性等级Ⅱ类要求(GB/T 5327.4-2008),填补了粉末涂料在高端建材领域空白。表6给出了欧洲QUALICOAT-2009技术规格。表7给出了铝合金建筑型材——粉末喷涂型材标准中对耐候性等级的要求。

表6 粉末涂料QUALICOAT-2009规格



备注:耐候性根据氙灯照射人工加速老化试验时间和试验结果。

5 结语

1PVDF氟碳粉末涂料生产过程需要增加特殊设备和工艺,生产投资较大,生产过程繁杂,难以实现规模工业化生产。2FEVE氟碳粉末树脂涂料与高耐候性聚酯树脂粉末涂料相比具有相同生产工艺和实用性,同时具有和其他粉末涂料相当的初期性能,在工厂生产及涂装中没有问题。3高端铝幕墙及窗框等建材可以使用氟碳粉末涂料,在经过终端客户,涂料厂家等相关方在应用技术开发方面广范围评价及验证后,氟碳粉末涂料能够在更广阔的范围内应用。
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