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粉末涂料
持续成功:从智能添加剂到智能粉末涂料

持续成功:从智能添加剂到智能粉末涂料

时 间: 2021-01-07

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摘 要:作者:AndyNoble-Judge,研发经理;ChrisBarbé,首席技…

作者:Andy Noble-Judge,研发经理;Chris Barbé,首席技术官,Ceramisphere公司;Tyler Siska,研发经理, Erie粉末涂料公司

 

通过不断的创新,粉末涂料领域持续快速成长和发展。目前,粉末涂料市场约占全球涂料市场的10-15%(到2025年将超过170亿美元),1随着新添加剂的出现,新的应用领域正在探索之中。原材料供应商必须迎接挑战,帮助施工和制造商满足客户对粉末涂料的新需求。未来粉末涂料面临的一些关键挑战包括:用低碳足迹取代VOC涂料;改善流动性和边缘覆盖性能;提高固化温度时间,从而扩大可涂覆材料的种类(例如塑料、木材、纤维板等);在应用过程中降低能耗;防腐蚀,2这仍然是整个行业的一个关键,并希望得到改进的性能领域。

 

粉末涂料的防腐蚀性能由几个关键参数决定。首先是基材料预处理,正确和适当的预处理和基材清洁将确保一致的耐腐蚀性能,与所能达到的附着力水平直接相关。3第二个关键 参数是粉末涂层的相对抗渗透性。与传统的液体涂料相比, 由于热固性聚合物的高交联密度,水渗透到涂层和基材表面 的速度要慢得多。这有助于减缓腐蚀的发生,但通过涂层的 水分渗透程度也受到许多其他因素的影响,包括但不限于涂 层厚度、固化、涂料化学和颜料用量。随着粉末涂料市场的 增长,对粉末涂料所能实现的目标也在增长。

 

防腐蚀助剂的选择是腐蚀控制的关键因素。只有很少的添加剂适用于粉末涂料,以帮助减轻腐蚀或降低腐蚀的可能 性。这种局限性主要是由于热固性粉末涂料本身就具有优良 的耐腐蚀性。在液体涂料行业成功运营和销售的绝大多数耐腐蚀助剂,其水平可以一直被证明是可量化的改进体系,但 都无法在热固性涂料中提供增强效果。例如,在液体涂料中 使用的硅烷附着力促进剂,可以通过显著增加涂料与基材的 附着力而使液体涂料体系中的耐腐蚀性几乎加倍。同一种添 加剂加入到工业标准的TGIC固化聚酯热固性涂料中时,几乎 没有可量化的改善,因为其附着力已经大大优于硅烷增强的 液体涂料。

 

在热固性涂料制造商可用的为数不多的添加剂中,锌颜 料是迄今为止最常见的。由于要达到镀锌效果所需的锌量,富锌涂层的颜料含量非常高(>50%)。此外,锌被列为重金 属,含有如此高重金属含量的涂料会贴上环境危害标签(对土壤和水污染,即GHS“死鱼死树标签”)。随着人们对重 金属对环境影响的认识不断提高,相对于富锌涂料,能够生 产出标签要求更低的产品是更有利的。

 

 

新发展

 

Inhibispheres􏰀是一种用于粉末涂料的新型缓蚀剂。4-6 它利用了一种基于二氧化硅基质微胶囊化缓蚀剂的缓释技术。 这些有机和金属有机缓蚀剂比现有的重金属缓蚀剂更有效, 它的颗粒具有很强的机械韧性,能够承受粉末挤压过程中 经受的强大机械力。它们的热稳定性也很高,能够经受粉 末涂料制造和后固化过程中的温度。当湿气通过涂层破裂(裂缝/划痕)或冷凝渗入涂层时,它们可以通过增溶释放出抑制剂,来抑制腐蚀。标签方面,由于Inhibispheres是一种对环境低影响的产品,因此不需要贴任何额外的危险 或环境标签。

 

目前,对粉末涂料的需求仍在不断增长,这种涂料能够 在钢铁基材上提供优异的耐腐蚀性,而无需费时费力地使用 富锌底漆。Smart Seal产品的开发在粉末涂料领域独树一 帜,它提供了一种不含锌的单涂层体系,可以大大提高性 能,远远超过目前市场上的单涂层应用体系的性能。这种单 涂层体系利用了Inhibispheres的缓释特性来提高其防腐蚀潜力。这是一个卓越的替代富锌底漆的方案,特别是在需要加 强防腐蚀保护,而双涂层体系难以或不可能实施的情况下。 B117中性耐盐雾试验表明,Smart Seal粉末涂料的耐腐蚀性 是行业标准TGIC固化聚酯体系的两倍。

 

 

配方

 

Erie粉末涂料公司的Smart Seal产品是粉末涂料配方的独 特进步。它利用Inhibispheres腐蚀抑制剂,在不影响光学或机械性能的情况下,使单涂层体系具有与两层富锌涂层体系 相当的耐腐蚀性能。Inhibispheres腐蚀抑制剂已被加入一个 超级耐用(PIA)的聚酯涂料中。在120°C下挤出的预混料和 熔融混合物中加入该抑制物,产品很容易分散到了混合物 中,使用单螺杆或双螺杆挤出机时,也不会对吞吐量造成可 量化的损害。在试验中,我们制备了三种不同的涂层体系(表1),进行了涂施(表2),并比较了它们的耐腐蚀性能(表3)和涂层性能(表4)。

 

 

应用参数

 

在7级处理的冷轧钢上涂敷一层涂层,并使用手动静电喷 枪进行喷涂,使所有面板上形成70-80微米(2.8-3.2mil)的漆膜。双涂层体系由40-50微米(1.5-2.0mil)的底漆涂层和50-60微米(2.0-2.5mil)的面漆组成,总涂层厚度为 90-110微米(3.5-4.5mil),如图1所示。底漆体系为富锌聚酯,面漆体系为超耐用(PIA)聚酯,它在耐盐雾试验中具有 优异的性能,额定性能要超过2000小时。

 

 

防腐蚀性能

 

根据ASTM B117方法,使用NSST来进行耐腐蚀试验。7 将样板划线至金属基材,然后在盐雾箱中暴露1000/2000小 时。通过腐蚀测试标准,每隔一段时间对样板进行检测,并根据ASTM D1654规定的方法对划线部分进行腐蚀评级。 将Inhibispheres作为一种防腐蚀剂加入涂料中,提高了 涂层的耐腐蚀性,使单涂层体系达到了与双涂层体系相似的 性能。在表3中的图中,可以看到不同间隔时间的耐腐蚀性 能。很明显,与单涂层参考样品相比,在1000小时和2000小 时的盐雾试验中,Smart Seal涂层的性能有着显著改善。将 Smart Seal产品与双涂层参考样品进行比较,结果表明性能略有下降,但在腐蚀控制方面仍具有可比性。在2000小时,两个体系的划线处蠕变均小于1/8英寸(3mm)。这是单涂层无锌体系的重大成果。

 

 

机械和光学性能

 

Inhibispheres防腐蚀剂的加入,并不会影响涂层的机械 性能和光学性能。与参考涂层相比,划格法试验(5B)和铅笔硬度(H)都未产生变化。Inhibispheres的添加对涂层的光 学性能几乎没有影响。在配方、固化和测试过程中,光泽和 颜色也都保持稳定。采用单涂层体系的半光泽面漆,可与具 有双涂层半光泽面漆的体系相媲美。由于Inhibispheres对光 泽度几乎没有影响,因此可以在单涂层产品中生产高光泽涂 层,同时保持其耐腐蚀性能(表4)。

 

 

涂料应用

 

任何要求比现有单涂层体系具有更高耐腐蚀性的钢基材,都是采用Inhibispheres技术制备Smart Seal系列耐腐蚀 粉末涂料的主要候选应用。如果不希望采用双涂层锌基耐腐 蚀工艺,或出于安全考虑不可能采用,则强烈建议使用Smart Seal粉末涂料作为最佳替代方案。除了提供几乎媲美双涂层锌 基体系的耐腐蚀性能外,Smart Seal粉末涂料还将应用时间 缩短了一半。这不仅简化了涂覆工艺,而且消除了锌底漆固 有的层间分层风险。缩短涂覆时间、大幅减少重涂风险,将 大大降低成本。

 

农业设备的使用寿命可以延长,暴露在严酷的冬季盐渍 路面上的基材也可以使用更长的时间,放置在户外条件下的 装饰物品也可以长时间地保持美观。如果生锈是一个问题, 那使用了Inhibispheres 腐蚀抑制剂的Smart Seal粉末涂料可 能会是较好的解决办法。

 

 

总结

 

一般来说,粉末涂料对钢材具有较好的附着力和耐腐蚀 性能。在ASTM B117盐雾试验中,将7级处理冷轧钢基材上 的涂层从划线处3mm(1/8进行测试,发现最好产品的耐 盐雾性能将达到1000小时。然而,从来没有一种不含锌的产 品能够在盐雾测试中通过1000小时。其他经过广泛测试并得 到高度评价的竞争产品仍然只能达到约1000小时。Erie粉末 涂料公司利用Ceramisphere公司新的Inhibispheres腐蚀抑制 缓释技术生产了Smart Seal系列产品。在该涂料中添加 Inhibispheres助剂,可形成具有独特性能的单涂层体系,并 可提供与双涂层体系几乎相同的耐腐蚀水平。根据时间和涂 覆周期看,该粉末涂料为施工方大大节约了成本,同时,还 实现了最佳保护。此外,这种涂料是环保的,不会贴上额外的危险标签。Ceramisphere和Erie粉末涂料公司之间的合 作,为市场带来了出色的防腐蚀粉末产品。添加剂和涂料制 造商之间的这种相互作用,产生了非凡的结果,并有助于粉 末涂料市场的进一步创新。

 

 

参考资料
1 Locicero,A.Coatings World,Nov 2019,pg.29-32.
2 Challener,C.CoatingsTech,Vol.15,No.8,Aug 2018, pg.32-39.
3 Chalk,D.B.Powder Coating Tough,Jan-Feb 2020, pg.16-20.
4 Noble-Judge,A.;Barbé,C.Paint and Coatings Industry,Oct 2016,pg.22-26.
5 Noble-Judge,A.;Barbé,C.Paint and Coatings Industry,Feb 2019,pg.26-31.
6 Noble-Judge,A.;Barbé,C.Paint and Coatings Industry, Mar 2020,pg.44-50.
7 ASTM B117 – Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus.
8 ASTM D714 – Standard Test Method for Evaluating Degree of Blistering of Paints.
9 ASTM D1654 – Standard Test Method for Evaluation of Painted or Coated.
10 ASTM D2794 – Standard Test Method for Resistance Of Organic Coatings To The Effects Of Rapid Deformation (Impact).
11 ASTM D3363 – Standard Test Method For Film Hard- ness By Pencil Test.
12 ASTM D3359 – Standard Test Methods for Rating Adhesion by Tape Test.
13 ASTM D522 – Standard Test Methods for Mandrel Bend Test of Attached Organic Coatings.

 

 

 

本文收录在《PCI中文版》杂志202011月刊中。

 

 

 

 

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