本發(fā)明屬于粉末涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超臨界流體技術(shù)制備的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
粉末涂料不含任何溶劑，是百分百的固體粉末狀涂料。由于粉末涂料具有零VOC排放、對大氣環(huán)境無污染、未噴涂到工件的落地粉末涂料可重新回收利用、節(jié)省能源和資源、減輕勞動強(qiáng)度和涂膜綜合性能優(yōu)異等優(yōu)勢。在過去的幾十年里，其在金屬制品和熱敏性材料制品中得到了快速推廣應(yīng)用。并且隨著近幾年各國對環(huán)保要求和節(jié)約能源資源要求的不斷提高，一些污染性強(qiáng)、浪費(fèi)資源能源的涂裝材料逐步被取締，而作為具有明顯環(huán)保優(yōu)勢的粉末涂料也逐步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。
金屬卷材表面的涂裝具有涂裝速度快，線速度在100m/min左右，涂膜薄，厚度在35μm左右，表面平整，綜合性能較好，適合戶外使用等特點(diǎn)，而粉末涂料的固有部分特性難以達(dá)到這些要求。因此，粉末涂料在金屬卷材涂裝上的應(yīng)用一直受到限制。金屬卷材大部分產(chǎn)品仍然使用油漆噴涂。但是近年來，隨著各國政府的不斷施壓和政策鼓勵，人們對粉末涂料在金屬卷材領(lǐng)域的應(yīng)用研究工作也開始得到重視。尋找一種環(huán)保的、能夠完全代替由油漆涂裝金屬卷材的新材料和新工藝方法迫在眉睫。
由于近幾年人們對這個課題的研究還處于起步階段，以下這些相關(guān)研究分別涉及到金屬卷材用粉末涂料、超臨界流體粉末涂料制備裝置、超臨界流體技術(shù)制備的不同功能的粉末涂料、粉末涂料原材料和水性涂料。
中國專利CN105038525A公開一種預(yù)涂金屬卷材用粉末涂料及其制備方法和應(yīng)用。該發(fā)明的粉末涂料是以端羧基飽和聚酯樹脂和端羧基超支化聚酯樹脂為基料，加入固化劑異氰尿酸三縮水甘油酯和固化促進(jìn)劑固化制得，具有配方簡單、流平性能優(yōu)異的特點(diǎn)。中國專利CN105885648A公開一種自清潔高分散性卷材用粉末涂料及其制備方法。該發(fā)明的粉末涂料由低溫耐候性聚酯樹脂、TGIC或HAA、雙酚A型環(huán)氧樹脂、PVDF熱塑性氟碳樹脂、納米氧化鋁、納米碳酸鈣、丙烯酸酯流平劑、季銨鹽促進(jìn)劑、顏料、填料、其他助劑制備得到。本發(fā)明的粉末涂料具有分散好，不易結(jié)團(tuán)和易儲存，涂膜具有抗污能力強(qiáng)，易清潔，附著力好，表面平整的特性。上述兩個專利和其他一些專利都對金屬卷材用粉末涂料進(jìn)行了研究，但是這些專利都是采用的傳統(tǒng)粉末涂料的制備工藝。與超臨界流體技術(shù)相比，傳統(tǒng)工藝工序多、工藝復(fù)雜、不可控制備參數(shù)較多，并且對制備的粉末涂料產(chǎn)品性能影響很大。
中國專利CN103055728A公開一種粉末涂料的超臨界流體設(shè)備。其包括原料槽、加料槽、攪拌動力、加工釜、分級釜和包裝裝置，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，溶解性強(qiáng)，擴(kuò)散性能好且易于控制。中國專利CN101519545公開一種超臨界CO2抗溶沉淀制備粉末涂料的裝置及其生產(chǎn)工藝。其工藝裝置包括超臨界CO2抗溶沉淀釜、超臨界CO2出口流體與固體分離系統(tǒng)、多級壓縮機(jī)、溶有甲苯的超臨界CO2貯槽、列管換熱器、超臨界CO2和甲苯的分離器。該發(fā)明克服了傳統(tǒng)粉末涂料生產(chǎn)法中的缺陷，降低了生產(chǎn)成本和能耗。上述兩個專利只是對超臨界流體制備粉末涂料的設(shè)備進(jìn)行了更新，為粉末涂料的創(chuàng)新制備工藝提供了發(fā)展基礎(chǔ)。
中國專利CN104109453A公開一種復(fù)合化功能型農(nóng)業(yè)機(jī)械罩光粉末涂料及其生產(chǎn)工藝。該粉末涂料包括如下質(zhì)量份的組分：聚酯/丙烯酸樹脂復(fù)合物2-8份、聚酯樹脂30-50份、環(huán)氧改性丙烯酸樹脂12-22份、納米級玻璃粉20-35份、交聯(lián)劑1-5份、助劑1-2.5份；其制備方法采用超臨界二氧化碳流體法。該粉末涂料即能防腐防銹、又具有優(yōu)異的耐候性，其生產(chǎn)工藝能耗小、效率高，降低了生產(chǎn)加工溫度。中國專利CN104140746A公開一種復(fù)合型功能化紅外反射工程機(jī)械粉末涂料及其生產(chǎn)工藝。該粉末涂料包括如下質(zhì)量份的組分：聚酯/丙烯酸樹脂復(fù)合物2-8份、聚酯樹脂30-50份、環(huán)氧改性丙烯酸樹脂10-20份、紅外反射顏料15-35份、交聯(lián)劑1-5份、填料8-18份、助劑1-2.5份；其生產(chǎn)工藝采用超臨界二氧化碳流體法。該粉末涂料即具防腐防銹、又具有優(yōu)異的耐候性，其生產(chǎn)工藝能耗小、效率高，降低了生產(chǎn)加工溫度。中國專利CN105885499A公開一種熱固性耐刮戶外低光粉末涂料及其制備工藝。該粉末涂料主要包括至少一種含環(huán)氧基的樹脂如環(huán)氧基丙烯酸樹脂，環(huán)氧樹脂，異氰脲酸三縮水甘油酯和至少一種含羧基的樹脂如羧基聚酯樹脂，羧基丙烯酸樹脂組成。該發(fā)明的戶外低光粉末涂料是由超臨界態(tài)二氧化碳使得涂料各種成分流體化而制備的，具有耐刮性好，光澤可降到5％等特點(diǎn)。中國專利CN104559694A公開一種熱固性超細(xì)粉末涂料及其制備方法。粉末涂料由以下重量份數(shù)的原料采用超臨界CO2流體工藝制成：樹脂30-70份；固化劑2-25份；安息香0.2-0.7份；流平劑0.05-0.75份；脫氣劑0.1-0.4份；顏填料2.5-22.5份和抗氧劑0-5份。涂料粒徑在10-20μm，粒徑分布均勻、幾何構(gòu)型均一，適用于有薄涂要求的汽車面漆或丙烯酸粉末涂料等領(lǐng)域。本發(fā)明的制備方法工藝簡單、易于實現(xiàn)。上述四個專利都是采用了超臨界流體技術(shù)制備得到不同功能的粉末涂料。
中國專利CN101338105公開一種涂料用含氟粉末樹脂的制備方法。該發(fā)明涉及一種在超臨界二氧化碳流體中以含氟烯烴和乙烯基烷基醚/酯單體進(jìn)行自由基共聚合制備含氟粉末樹脂的方法。該發(fā)明工藝簡單，省卻了其他方法制備含氟樹脂大量的能耗及復(fù)雜的后處理過程。該發(fā)明只是涉及到含氟樹脂的制備。含氟樹脂只是粉末涂料配方設(shè)計中的一種原材料，其并未涉及到粉末涂料的配方設(shè)計。
中國專利CN106010104A公開一種顆粒涂料組合物制備工藝。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)明的超臨界流體技術(shù)制備的水性環(huán)氧樹脂涂料，能快速固化成膜，涂層具有優(yōu)秀的附著力、抗沖磨、價格低，流平性好、環(huán)保無毒等優(yōu)點(diǎn)。該發(fā)明同樣應(yīng)用了超臨界流體技術(shù)，但是其產(chǎn)品屬于水性涂料的制備領(lǐng)域。
由于金屬卷材用粉末涂料需要一些特有性能，因此使用傳統(tǒng)的粉末涂料制備工藝很難達(dá)到其要求，尋找一種創(chuàng)新的粉末涂料制備工藝，并且根據(jù)其所需性能對其配方進(jìn)行充分的設(shè)計是非常必要的。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種超臨界流體技術(shù)制備的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料，粒徑小，粒度分布集中度高，耐候性能好；本發(fā)明同時提供其制備方法。
本發(fā)明所述的超臨界流體技術(shù)制備的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料，由以下質(zhì)量百分比的原料制成：
其中：
聚間苯二甲酸新戊二醇酯型聚酯樹脂為氰特公司CC2244-0型聚酯樹脂。
半結(jié)晶型聚酯樹脂為天松新材料公司TS2100型聚酯樹脂。
異氰尿酸三縮水甘油酯中的有機(jī)氯和無機(jī)氯的總質(zhì)量百分含量≤0.4％。
粉末涂料顆粒的形狀為微球形，粒徑在10～24μm之間。
所述的超臨界流體技術(shù)制備的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料的制備方法，是將原料放入超臨界反應(yīng)釜混合均勻，控制反應(yīng)釜內(nèi)CO2含量為35～55wt％，溫度為48～68℃，壓力為70～110Kg/cm2，噴出口溫度為56～70℃。
本發(fā)明中：
首先，本發(fā)明的粉末涂料顆粒為規(guī)則的微球形，并且粒度分布集中度高，原材料耐候性能好。它解決了由傳統(tǒng)制備工藝制備的粉末涂料顆粒為不規(guī)則形狀，并且粒度分布范圍寬引起的卷材薄涂涂膜的表面不平整、噴涂不均勻的問題。
其次，本發(fā)明粉末涂料是由超臨界流體技術(shù)制備得到的，能夠解決以下兩個問題：一、由于本技術(shù)在制備粉末涂料時，對其原材料混合更均勻，因此解決了粉末涂料中添加的超耐候氟樹脂與其他原材料相容性差而導(dǎo)致的涂膜外觀不佳的問題。通過超臨界流體技術(shù)制備的粉末涂料能夠添加更多量的超耐候氟樹脂，因此也大大提高了其戶外耐候性能。二、由于本技術(shù)在制備粉末涂料時屬于一步成型制備得到產(chǎn)品，區(qū)別于傳統(tǒng)的原材料經(jīng)過高溫熔融擠出、冷卻壓片破碎、高速撞擊粉碎、旋風(fēng)分離篩粉等多個工序。因此在超臨界流體技術(shù)制備的粉末涂料原材料中可以添加部分半結(jié)晶型聚酯樹脂，而不會因為高溫熔融、多次破碎和粉碎而影響其重結(jié)晶狀態(tài)，所以可以明顯改善涂膜的平整度、柔韌性、耐候性和低溫固化性能。
本發(fā)明結(jié)合超臨界流體技術(shù)的特點(diǎn)，控制超臨界流體技術(shù)工藝參數(shù)，配合金屬卷材用粉末涂料所需性能對其配方進(jìn)行合理設(shè)計，得到超臨界流體技術(shù)制備的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料。本發(fā)明為金屬卷材用粉末涂料的制備提供了新思路，也提供了更高性能的產(chǎn)品，為金屬卷材完全由粉末涂料進(jìn)行涂裝提供了保證。
本發(fā)明的超臨界流體技術(shù)制備的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料的技術(shù)原理如下：
(1)本發(fā)明采用超臨界流體技術(shù)制備粉末涂料，完全區(qū)別于傳統(tǒng)的制備工藝，能夠制備出微球形的，粒徑粒度小且分布集中度高的粉末涂料顆粒。這種規(guī)則的球形和粒徑分布集中度高的粉末顆粒能夠?qū)崿F(xiàn)涂膜薄涂時候的平整性。并且由于粉末顆粒在開始熔融流平的過程中更容易流平，所以對涂膜固化后的致密性、柔韌度和硬度都有一定程度的提高。
(2)本發(fā)明粉末涂料中根據(jù)配方設(shè)計和制備工藝特點(diǎn)，添加了熱塑性的聚偏二氟乙烯型氟樹脂。由于超臨界流體技術(shù)在制備粉末涂料時，對其原材料混合更均勻，因此聚偏二氟乙烯型氟樹脂與其他原材料相容性更好。通過超臨界流體技術(shù)制備的粉末涂料能夠添加更多量的超耐候聚偏二氟乙烯型氟樹脂，因此在不影響涂膜外觀的情況下，可以充分發(fā)揮氟樹脂的耐候性能，同時也大大提高了粉末涂料的戶外耐候性能。
(3)本發(fā)明粉末涂料屬于一步成型制備得到產(chǎn)品，區(qū)別于傳統(tǒng)的原材料經(jīng)過高溫熔融擠出、冷卻壓片破碎、高速撞擊粉碎、旋風(fēng)分離篩粉等多個工序。因為半結(jié)晶型樹脂在粉末涂料制備過程中經(jīng)過與其他原材料的混煉后需要一段時間重新對分子進(jìn)行有序排列，重新達(dá)到半結(jié)晶的狀態(tài)，而傳統(tǒng)的制備工藝需要進(jìn)行多次破碎粉碎，影響了半結(jié)晶樹脂的重新結(jié)晶，所以不能夠發(fā)揮出其應(yīng)有的性能。本發(fā)明粉末涂料配方原材料中添加部分半結(jié)晶型聚酯樹脂，產(chǎn)品制備是一步得到的，而不會因為高溫熔融、多次破碎和粉碎而影響其重結(jié)晶狀態(tài)，半結(jié)晶型聚酯樹脂可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢作用，可以明顯改善粉末涂料涂膜的平整度、柔韌性、耐候性和低溫快速固化性能。
本發(fā)明的有益效果如下：
(1)本發(fā)明粉末涂料顆粒為微球形，粒徑小而粒度分布范圍集中，進(jìn)行金屬卷材薄涂裝時表面平整，性能優(yōu)良。
(2)本發(fā)明粉末涂料耐候性能好，可達(dá)到戶外超耐候15-25年的等級。
(3)本發(fā)明粉末涂料柔韌性好、低溫快速固化性能好。適合金屬卷材的快速涂裝和后期對預(yù)涂卷材的折彎加工。
(4)本發(fā)明粉末涂料制備工藝步驟少，工藝簡單，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
實施例1
本實施例的超臨界流體技術(shù)制備的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料，由以下質(zhì)量百分比的原材料制成：
原材料配方中所述的異氰尿酸三縮水甘油酯固化劑要求其總氯(有機(jī)氯和無機(jī)氯)含量≤0.4％。
將原料放入超臨界反應(yīng)釜混合均勻，控制反應(yīng)釜內(nèi)CO2含量為55wt％，溫度為55℃，壓力為90Kg/cm2，噴出口溫度為70℃。制備得到顆粒粒徑D50為18μm的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料。
本實施例產(chǎn)品具體性能見表1。
實施例2
本實施例的超臨界流體技術(shù)制備的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料，由以下質(zhì)量百分比的原材料制成：
原材料配方中所述的異氰尿酸三縮水甘油酯固化劑要求其總氯(有機(jī)氯和無機(jī)氯)含量≤0.4％。
將原料放入超臨界反應(yīng)釜混合均勻，控制反應(yīng)釜內(nèi)CO2含量為35wt％，溫度為48℃，壓力為110Kg/cm2，噴出口溫度為56℃。制備得到顆粒粒徑D50為22μm的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料。
本實施例產(chǎn)品具體性能見表1。
實施例3
本實施例的超臨界流體技術(shù)制備的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料，由以下質(zhì)量百分比的原材料制成：
原材料配方中所述的異氰尿酸三縮水甘油酯固化劑要求其總氯(有機(jī)氯和無機(jī)氯)含量≤0.4％。
將原料放入超臨界反應(yīng)釜混合均勻，控制反應(yīng)釜內(nèi)CO2含量為42wt％，溫度為68℃，壓力為70Kg/cm2，噴出口溫度為64℃。制備得到顆粒粒徑D50為14μm的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料。
本實施例產(chǎn)品具體性能見表1。
表1實施例產(chǎn)品相關(guān)性能測試結(jié)果
由表1可知，實施例1-3得到的金屬卷材用超耐候微球形粉末涂料具有顆粒為微球形，粒徑小而粒度分布范圍集中，戶外耐候性能好，低溫性能好，固化迅速，涂膜柔韌性好、表面平整、硬度高等特性，綜合性能符合或者優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。