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【技術】自清潔粉末涂料的研究與開發

2018-02-06

????慧聰涂料網訊:本文主要討論一種具有疏油拒水、自清潔、抗涂鴉功能的粉末涂料的研究與開發。該種新型功能涂料基于一種硅改性丙烯酸樹脂,具有憎油、憎水、憎灰塵和自潔性強的性能,它的涂膜對水的接觸角度為85-105°,表面光滑,粘附性小,極易清洗,不易被污染,具有自我潤滑性能與低摩擦性能,也具有一定的耐擦洗等性能,但是價格比較昂貴。通過控制硅改性丙烯酸樹脂的添加量和采用干混工藝等加工方式,可以在降低硅改性丙烯酸樹脂的含量的同時達到一個比較優良的自清潔效果,大大降低了配方成本。

????粉末涂料作為環境友好型涂料的典型代表,在各行各業的應用日趨廣泛,近年來在家具家電和IT行業上的應用很受市場歡迎。小到廚房中必備的油煙機,大到通訊行業內戶外基站,粉末涂料都作為他們的外表面起到了保護層的作用。但是各行各業日益增長的對涂膜性能的追求,也不斷向粉末涂料提出了新的要求。例如油煙機的工作環境比較惡劣,經常受到高溫油氣油污的侵蝕,久而久之會造成油污沉積在油煙機外殼表面,常規的粉末涂料一般具有一定的親油性,油滴接觸到涂膜表面以后,會立即展開并粘附在其表面,普通擦拭并不能完全去除油污,久而久之油污就會變得越來越難以清洗,既影響健康又影響外觀。這樣就要求外殼的涂膜具有疏油,易清潔,耐擦洗,耐洗潔劑等性能。通訊行業內的基站和通訊設備的機柜同樣需要外表面具有良好的易清潔性能,并且還要求涂膜具有良好的耐候性能。為此,開發一款具有自清潔功能的新型粉末涂料有很大的實用價值和廣闊的市場前景。

????1含羥基官能團的硅改性丙烯酸樹脂體系

????文中涉及的含功能基團的硅改性丙烯酸樹脂分為兩類,一類是帶有羥基的硅改性丙烯酸樹脂,另一類是帶有環氧基官能團的,分別應用與不同的基體樹脂體系。兩類樹脂都具有一種基本的結構,如圖1所示:

圖1:含羥基官能團的硅改性丙烯酸樹脂及其固化反應示意圖

圖1:含羥基官能團的硅改性丙烯酸樹脂及其固化反應示意圖

????首先這類樹脂的骨架結構是長鏈的丙烯酸,這也是樹脂的主體結構,然后主鏈的兩側分別是功能性硅鏈段和反應性官能團,硅鏈段起到了實現自清潔功能的作用,反應性官能團可以與適當的固化劑反應,使樹脂自固化或者交聯到基體粉末涂料體系當中去,使得功能性硅得以最大限度的發揮功效,并且化學交聯以后,也能使此種涂料的使用壽命大大延長。

????下面先介紹含羥基官能團的硅改性丙烯酸樹脂,并且這種自清潔丙烯酸樹脂當作主體使用的性能,把自清潔丙烯酸樹脂當作主體使用雖然成本較高,但是自清潔功能基團的有效成分最高,自清潔效果也最好。

????表1:含羥基官能團的硅改性丙烯酸樹脂體系的基本配方

【技術】自清潔粉末涂料的研究與開發

????固化條件:15min@200℃

????此體系具有非常優異的自清潔性能,普通的水性筆和油性筆很難寫到涂膜上去,寫上去之后字跡會自動收縮成小液滴,用普通的布或者餐巾紙可以毫無費力的完全擦去(圖2),等到油性筆中容易完全揮發干以后,仍可以不太費力的擦去所有印記。并且這種抗涂鴉效果可以保持相當一段時間,反復書寫并擦拭100次以后,涂膜仍有相當好的抗涂鴉效果。水接觸角測試表明,此體系涂膜的水接觸角達到了101.17°(圖3),具有比較高的疏水性,水滴在涂膜表面會自動收縮成圓形,并且流動性相當好,會有類似于荷葉表面的效果。此體系的疏油性也相當優秀,食用油油滴滴在涂膜表面之后,會迅速收縮成圓形,將涂膜稍微傾斜一個角度,油滴就會由于重力滑落到涂膜邊緣并流走,涂膜上完全不會粘附油漬。

圖2:羥基官能團的硅改性丙烯酸體系對油性筆的抗涂鴉性,擦拭前(左),擦拭后(右)

圖2:羥基官能團的硅改性丙烯酸體系對油性筆的抗涂鴉性,擦拭前(左),擦拭后(右)

圖3:羥基官能團的硅改性丙烯酸體系涂膜的水接觸角,老化前(左),UVB200小時老化后(右)

圖3:羥基官能團的硅改性丙烯酸體系涂膜的水接觸角,老化前(左),UVB200小時老化后(右)

????但是含羥基官能團的硅改性丙烯酸體系也具有聚氨酯體系的通病,涂膜硬度較高導致機械性能較差,雖然可以通過固化劑和催化劑來調整交聯密度,使機械性能得到一定的改善,但是終究機械性能很難提高很多。從耐候性能上來看,聚氨酯體系也并不是太好,在200小時UVB老化之后,涂膜水接觸角衰退到了84.54°(圖3),自清潔性能大大降低,并且色差和保光率數據也不是太好。而且此體系的生產穩定性較差,從而在實際應用中受到一定的限制。

????2含環氧基官能團的硅改性丙烯酸樹脂體系

????正如前文中提到的,另一類帶有環氧基官能團的硅改性丙烯酸樹脂的基本結構如圖4所示:

圖4:含環氧基官能團的硅改性丙烯酸樹脂及其固化反應示意圖

圖4:含環氧基官能團的硅改性丙烯酸樹脂及其固化反應示意圖

????與羥基-異氰酸酯(聚氨酯)體系相比,環氧-二酸體系具有耐候更佳,機械性能更好,針孔更少等優點。

????表2:含環氧基官能團的硅改性丙烯酸樹脂體系的基本配方

【技術】自清潔粉末涂料的研究與開發

???? 固化條件:15min@200℃

????此體系的自清潔性能也非常優異,普通的水性筆和油性筆不太容易寫到涂膜上去,寫上去之后字跡會自動收縮成小液滴,用普通的布或者餐巾紙可以毫無費力的完全擦去(圖5),等到油性筆中容易完全揮發干以后,仍可以不太費力的擦去所有印記。并且這種抗涂鴉效果可以保持相當一段時間,反復書寫并擦拭100次以后,涂膜仍有相當好的抗涂鴉效果。水接觸角測試表明,此體系涂膜的水接觸角達到了99.72°(圖6)。其他疏油疏水性能也和羥基官能團體系非常接近。

圖5:環氧基官能團的硅改性丙烯酸體系對油性筆的抗涂鴉性,左圖為紙巾擦拭前,右圖為紙巾擦拭后

圖5:環氧基官能團的硅改性丙烯酸體系對油性筆的抗涂鴉性,左圖為紙巾擦拭前,右圖為紙巾擦拭后

圖6:環氧基官能團的硅改性丙烯酸體系涂膜的水接觸角,左圖為老化前,右圖為UVB200小時老化后

圖6:環氧基官能團的硅改性丙烯酸體系涂膜的水接觸角,左圖為老化前,右圖為UVB200小時老化后

????環氧-二酸體系的機械性能明顯優于與聚氨酯體系,雖然硬度稍低,但是其他各項力學性能均好于聚氨酯體系,涂膜的流平性能和外觀也更好(表3)。從耐候性能上來看,環氧-二酸體系也好于聚氨酯體系,在200小時UVB老化之后,環氧-二酸體系的涂膜水接觸角仍能達到89.99°(圖6),體系仍保有一定的自清潔性能,這是要大大優于聚氨酯體系的,其色變和保光率也都好于聚氨酯體系(表4)。雖然環氧-二酸體系的抗涂鴉性能略微弱于聚氨酯體系(這是由于聚氨酯體系自身具有的致密度高的特性決定了聚氨酯體系整體就比其他體系的涂膜對記號筆的油墨滲入抵抗性好),但是整體綜合性能是好于聚氨酯體系的。當然,不管是環氧-二酸體系還是聚氨酯體系,如果使用硅改性丙烯酸樹脂作為主體樹脂(質量百分比60%以上),其成本還是比較高的,限制了其大規模推廣應用。

????表3:羥基體系/環氧體系涂膜綜合性能比較

【技術】自清潔粉末涂料的研究與開發

????表4:200h耐候試驗后涂層色差及保光率

【技術】自清潔粉末涂料的研究與開發


關鍵詞:膠黏劑,水性漆





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