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无机涂料网cnwjtl.com。
关键词：聚酯树脂 耐高温粉末
0 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。
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
