耐熱粉末涂料配方及性能特點

 

    全球涂料網訊：

    用不同種類環氧樹脂，或加以改性，并選用適當的固化劑和顏填料，可以制備成性能比較全面的耐熱（200~600℃）粉末涂料。

    關鍵詞：環氧樹脂；改性環氧樹脂；固化劑；粉末涂料

    0、前言

    耐熱粉末涂料是指能長期經受200℃以上高溫，涂膜不變色、不破壞，仍能保持適當物理力學性能的保護性粉末涂料。有機硅粉末涂料的耐熱性能比較高，但其價格高，初期外觀及機械性能不太好，固化溫度高，而且要獲得長期耐400°以上高溫的涂膜相當困難。環氧樹脂本身的耐熱性能雖然比有機硅樹脂差，但是它的性能比較全面；通過改性和加入適當的固化劑及顏填料，同樣可以得到較好的耐熱性能。因此，耐熱環氧粉末涂料得到廣泛的應用。

    1、耐熱環氧粉末涂料的性能要求

    1.1耐熱性

    耐熱性是最重要的性能指標，有些產品不一定長期在某一高溫下使用，因此，耐熱性又可分為長期和短期兩種。根據使用對象及其它方面的性能要求，選擇恰當的改性環氧樹脂，固化劑和顏填料，才能達到價廉物美的目的。

    1.2機械性能

    包括初期和后期的機械性能。由于固化劑和顏填料的選用上受到一定的限制，其機械性能比一般粉末涂料的要求可略為降低；但后期機械性能不能降低太多，這點是很重要的。

    1.3防腐性能（包括耐化學性能）

    環氧樹脂的防腐性能比較好，因此，環氧粉末涂料完全能達到這方面的要求。

    1.4外觀

    包括平整度、光澤，顏色等性能。平整度可根據使用對象不同而有所區別。一般應允許有輕微的桔皮。光澤大都要求平光和亞光，這是完全可以達到的。至于顏色，特別是淺顏色，要做到一點不變比較困難�？蛇m當加入抗氧劑和受阻胺等加以解決。

    1.5貯存穩定性

    由于不是高溫快固，而且選用樹脂的Tg較高，因此貯存穩定性應該是沒有問題的。

    2耐熱環氧粉末涂料的原料

    2.1環氧樹脂種類的選擇

    一般采用雙酚A環氧樹脂。其它耐熱性好的環氧樹脂有：

    （1）雙酚A酚醛環氧

    溶點65℃，環氧當量201，Tg=224℃；綜合性能良好。

    結構式為：

耐熱環氧粉末涂料的性能要求以及生產

    （2）萘環酚醛型環氧

    熔點110~115℃，環氧當量240~275，Tg=300℃。熔融粘度低，粘結力強。

    結構式為：

耐熱環氧粉末涂料的性能要求以及生產

    （3）二苯型環氧［YX-4020H（日本油化シエ/C）］

    結構式為：

耐熱環氧粉末涂料的性能要求以及生產

    

    （4）4-4'-二氨基二苯甲烷四縮水甘油胺（TGDDM）［ELM434（日本住友化工）］

    環氧當量117~134，最高Tg=240℃。

    結構式為：

耐熱環氧粉末涂料的性能要求以及生產    

    2.2環氧樹脂的改性

    2.2.1有機硅樹脂改性

    聚硅氧烷改性環氧樹脂，既能降低環氧樹脂的內應力，又能增加環氧樹脂的柔韌性和耐高溫性能。通過聚硅氧烷的活性端基（Si—OH，—NH2，烷氧基等）與環氧樹脂的環氧基、羥基反應，生成嵌段高聚物。例如，將環氧樹脂的環己酮溶液與活性有機硅的二甲苯溶液加入三口燒瓶中，加入催化劑三乙酰丙酮鋁，升溫至回流溫度，反應完成后，減壓蒸出溶劑，即得有機硅改性環氧樹脂。將環氧樹脂與甲基苯基硅樹脂機械混合，也可達到改性的目的。例如：

    甲基苯基硅樹脂粉（100~250目）100份

    環氧樹脂（100~250目）45份

    鉛玻璃粉（熔點450℃，200~400目）150份

    Fe2O3（1μm）3份

    所得粉末涂料能經受500~700℃高溫不剝落。

    2.2.2蘋果酰胺（malamide）化合物改性

    蘋果酰胺化合物的結構式為：

耐熱環氧粉末涂料的性能要求以及生產

    蘋果酰胺改性環氧粉末涂料配方及性能如下：

    蘋果酰胺化合物30份

    環氧樹脂70份

    線型甲酚醛樹脂50份

    二甲基咪唑2份

    耐結塊性良好

    初期剪斷接著力/（kg·cm-2）150

    耐熱率*/％80

    *：試片經200℃放置1000h后測定剪斷接著力與初期剪斷接著力之比。

    2.3納米填料改性環氧樹脂

    用硅偶聯劑通過原位分散聚合法制備的納米SiO2環氧樹脂復合材料，對環氧樹脂起到較好的增強增韌作用；并提高了環氧樹脂的耐熱性能。

    納米SiO2改性環氧樹脂制備方法：在攪拌狀態下將已烘干的納米SiO2加到有偶聯劑的丙酮溶液中，然后用超聲波處理30min，將該溶液和環氧樹脂攪拌均勻后脫除溶劑，升溫至130℃反應1h，冷卻后即可。全球涂料網了解到，納米蒙脫土改性環氧樹脂也可提高環氧樹脂的耐熱性能和阻燃性能。

    2.4固化劑的選擇

    固化劑的種類對環氧樹脂的耐熱性也有很大影響。一般來說，酸酐類固化劑的耐熱性較好。

    比較通用的固化劑有以下幾種：

    （1）均苯四甲酸酐（PMDA）

    熔點280℃，熱變形溫度290℃。

    （2）苯酮四酸二酐（BTDA）

    熔點227℃，熱變形溫度大于280℃。

    （3）偏苯三酐咪唑酯

    其結構式為：

耐熱環氧粉末涂料的性能要求以及生產

    式中：R1——苯基，R2——氰乙基。

    化學名稱為：芐氰乙基-2-苯基咪唑一偏苯三甲酸（商品名キュアゾ一ル2MZ-CNS，日本四國化成廠）。

    （4）硼酚醛樹脂（FB酚醛樹脂）

    以硼酸、硼砂，雙酚A和甲醛水溶液為原料，在NaOH催化下縮聚而成。其結構式為：

耐熱環氧粉末涂料的性能要求以及生產

    已商品化的F系列固化劑可使環氧樹脂耐300~400℃高溫，而且仍然保持較高粘結強度。

    2.5顏填料的選擇

    顏填料對環氧粉末涂料的耐熱性能有很大的作用，選用適當的顏填料，可以顯著提高環氧粉末涂料的耐熱性能。

    2.5.1顏料的選擇

    一般無機顏料的耐熱性較好，大部分可以采用。黑色顏料可采用鉻銅顏料（SheperdColor公司生產）。鋁粉耐熱性也很好，但高溫下易變色；可預先用氟碳樹脂作包覆處理。

    2.5.2填料的選擇

    一般無機填料均有較好的耐熱性，其中比較適用的是硅灰粉（硅酸鈣）和云母粉。兩者可單獨使用，也可按一定比例配合使用。具體型號如：硅灰粉NyadM400（Nyco公司），金云母Surorite325HK（加拿大Surorite云母公司）。六鈦酸鉀晶須也可采用，它除耐熱性好外，還可提高涂層的硬度、耐磨性，耐化學穩定性和耐候性，用量為5%~30％。

    2.5.3低熔點玻璃粉

    低熔點（400~500℃）玻璃粉是由氧化硅、氧化鈉、氧化鉀，氧化硼為原料制備而成；其細度在10μm以下；一般為空心球狀；比重0.4，如美國PQ公司生產的Q-Cell7040S等。使用量為10%~50%。還可加入少量玻璃助熔劑。低熔點玻璃粉也可用氟鋯酸鋇（BaZr2F10）代替。

    3、耐熱環氧粉末涂料配方舉例

    （1）線圈用環氧粉末配方及性能如下：

    環氧樹脂（Epikote1001）15份

    環氧樹脂（Epikote1002）15份

    環氧樹脂（Epikote1007）30份

    甲酚醛環氧樹脂40份

    硅酸鈣35份

    CaCO335份

    流平劑0.3份

    縮丁醛樹脂3份

    二苯酮四甲酸酐24.5份

    甲酚醛樹脂（OCN-120）9份

    三苯膦0.5份

    固化條件：180℃，30min。

    Tg147℃

    膠化時間（200℃）/s25

    耐熱性（450℃，5min）無變化（可變色）

    （2）用偏苯三酐-咪唑固化環氧粉末的配方及性能如下：

    環氧樹脂（Epikote1007）20份

    環氧樹脂（Epikote1004）20份

    線型酚醛環氧樹脂（EPPN201）40份

    線型甲酚醛環氧樹脂（EPCN104）20份

    硅灰粉（或云母粉）30份

    CaCO330份

    流平劑0.3份

    雙氰胺2份

    偏苯三酐-咪唑酯固化劑6份

    外觀優良

    膠化時間（200℃）/s10~11

    膠化時間（貯存后）/s8~9

    耐熱性/℃450~480

    貯存穩定性（40℃，7d）良好

    4、結語

    耐高溫的聚合物品種很多，但要制備出各方面性能都能符合要求的粉末涂料，仍存在一定的困難和問題。用環氧樹脂經改性和選用適當的固化劑和顏填料，可以制得不同高溫要求（200~600℃）的粉末涂料。耐熱環氧粉末涂料可廣泛應用于家電產品：如燒烤爐、暖風機、大功率燈飾，以及機械設備的高溫部分，如排煙管道、高溫爐、石油化工裝置、飛機、導彈，宇航設備等的涂裝保護。耐熱環氧粉末涂料還可用于電氣絕緣材料方面的涂覆。采用溴化環氧樹脂或加入適當的阻燃劑，還可作為阻燃粉末涂料使用。（來源：全球涂料網）

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