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耐高温粉末涂料的配方设计及应用研究

1．介绍：

粉末涂料由于其具有的无溶剂、施工简单、利用率高等特点而在全球市场高速增长，有机硅耐高温粉末涂料在美国八十年代在烤炉方面首先得到应用，而在九十年代中期快速在欧美市场快速增长。随着中国逐渐成为全球的灶具、烤炉等主要的生产基地。市场对耐高温粉末涂料的需要也日益增长。本文对耐高温粉末涂料的配方设计、问题处理、生产工艺等进行了介绍。

2．原理及性能介绍

2．1原理

有机硅树脂的反应机理都是非常类似，其自身可以交联。在高温下的固化反应式如下：

~Si-OH+HO-Si~--->~Si-O-Si~+H2O

~Si-OR+HO-Si~--->~Si-O-Si~+ROH

此外，有机硅树脂中侧基不同的有机基团的热稳定性也有所不同：苯基〉甲基〉乙基〉丙基〉丁基〉己基

通常，有机硅树脂的固化温度不能低于200度。而270和350°C之间的温度范围对于有机硅耐高温粉末涂料来说是个比较敏感的范围点。因为在此时有机硅组分还没有完全烧结完成，而有机组分已经开始燃烧分解。

此外，由于低Tg的有机硅树脂在储存和生产运输过程中遇到的结块问题使开发高Tg（玻璃化温度）的有机硅树脂也成为必然。现在，德国瓦克化学公司已经推出了Tg〉65的应用于耐高温粉末涂料的有机硅树脂，成功解决了高温天气下的运输、储存问题。

2．2有机硅粉末涂料应该具有的性能？

与有机树脂不同的是，与适当的颜、填料配合使用的有机硅树脂应具有优秀的长期耐热性(200-650°C)。

此外，对于食品接触的场合，有机硅树脂还应符合FDA175.300andBGVV–XV。良好的冷热交变性。通过把热板直接浸入冷水中，而涂膜不会损坏。

3．配方设计

3．1基料的选择：

有机硅树脂是耐高温粉末涂料的必不可少的基料，有机硅树脂可以单独作为基料或与聚酯、环氧树脂拼用提高涂膜的耐高温性。同时配方中也应选用耐高温的无机颜料与填料以及适当的助剂。目前用于耐高温粉末涂料的有机硅树脂主要分为以下两种：

甲基聚硅氧烷，其特点为：良好硬度；憎水性好；表面能低，具不沾效果；-高温下耐黄变好；但与其他有机树脂的混溶性差。苯基聚硅氧烷，良好的混溶性；良好的柔韧性；保光，保色性好。

在不同的耐高温等级下有机硅树脂的需要量：

耐热250°C15%-45%

耐热250--40030%-45%

3．2颜料的选用：

颜填料的选用对于耐热有机硅粉末涂料也是至关重要的，很多耐高温涂料由于选用不合适的颜、填料最终造成漆膜变色，附着力差等问题。

耐高温粉末涂料主要以黑色或银色为主：

黑色：二氧化锰，铬铁黑（氧化铁，氧化铬，二氧化锰混烧而成）。但黑度稍差。

银色：铝粉

白色：钛白粉（350—400），锌粉（约370）遮盖力较差，氧化锑，耐光耐热，粉化性小，可用于防火阻燃。

黄色：锶黄（SrCrO4):耐热性好，遮盖力低，适合作底漆。

铬黄(CdS，C.I.PY.37;C.I.No.77199)：色泽艳丽，遮盖力好。但有毒，主要用于不可与食物接触的涂料体系。

红色：铬红（颜料红108C.I.P.R.108,C.I.No77202）色泽鲜艳，遮盖力强，耐候性、分散性、耐热性都很好。

蓝色：钴蓝（CoAl2O4，颜料蓝，C.I.P.B.28,C.I.No77346）,主要成分是氧化钴和氧化锌。还有少量的氧化铝和氧化铬。化学稳定性好，着色力低。无毒。

绿色：氧化铬绿。

3．3填料的选择：

滑石粉（3MgO.4SiO2.H2O）：提高抗龟裂性，易失光，易粉化。

云母粉（K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O）：抗粉化。

沉淀硫酸钡（BaSO4）：惰性物质，是体质颜料中比重最大的填料，耐酸，耐碱，无负面影响。

硅粉（SiO2）：沉淀法二氧化硅。提高流动性。

硅灰石：硅酸钙，高硬度，吸油量低。

4生产工艺：

预混合：

建议混合时间：6-15分钟。

太短：效率差，加重挤压机负担。颜料凝聚成团。太长：产生热量，树脂熔融结块。

螺杆挤出温度：

不能太高达到固化温度，推荐挤出温度：95-105

粒度分布：

粒度过细：流动差，易堵塞，结聚成团。

带电性好，易喷涂，可获得平整漆膜。

推荐粒径：10-80微米

5问题处理：

5．1如何提高上粉率

粉末粒径的影响

太大：外观质量下降，桔皮严重，重力造成上粉率下降。

太小：带电量减少，

推荐粒径：10—90微米

基料比：足够的基料：不少于45%

涂料含水率：粒径越细，约易吸水；

储存通风：压缩空气管道除湿；喷涂时空气湿度不可太大。

喷涂电压：60—90KV

喷涂距离：250—350毫米

5．2如何消除针孔？

针孔的产生主要来自于水分，而水分主要来自于三方面：1，原材料中含有的水分。2，树脂固化过程中产生的水分。3，生产、运输、存放中吸收空气中水分。

添加除水剂异氰酸酯（IPDI)，会与水分发生如下反应。

2R-N=C=O+H2OàR-NH-CO-NH-R+CO2

采用两步固化。不仅可以提高漆膜的有效流平时间。同时可以使粉末涂料中的水分在此过程中挥发。

130C/5min

230C/30min

适当提高挤压温度，可以除去原材料中部分的水分。

5．3如何提高附着力？

底材需要预处理

喷砂处理或砂纸打磨。

干膜厚度应控制在20—60微米之间

底材应保持在适当厚度

5．4如何提高防结块？

填料粒径不可太细。太细的填料容易吸收水分，而吸收了水分的颜填料很容易在生产、运输、储存过程中集结成团。

添加疏水性的气相二氧化硅。疏水型的气相二氧化硅可以在颜填料表面形成有效包裹，二氧化硅表面的疏水基团可以把水分据之于门外，而水分是结块的主要原因。适当的颜基比（通常树脂应在45—55%）

6．参考配方

1)SILRES604260有机硅树脂Wacker

2)VestagonB15306.5异氰酸酯Degussa

3)FERROPK309535黑色颜料Ferro

4)GlimmerSC80云母MicrofineMinerals

5)TalkumEL-1099滑石粉NaintschMinerals

6)HeucophosSAPP75磷酸锶HeubachMinerals

7)Benzoin1.5安息香胶

8)ResiflowPV882.5流平剂Worlee