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功能粉末涂料的研究现状及发展

时间:2022-05-04     【转载】

随着涂料领域的发展和涂料市场的拓宽,特别是国家环保政策的收紧,涂料行业已经向环保涂料调整。粉末涂料以其无污染、高效、可回收等优点,逐渐成为涂料中不可缺少的一部分。粉末涂料的种类越来越多。根据粉末涂料应用环境的具体要求,其他类型的功能性粉末涂料,如疏水性粉末涂料、耐高温粉末涂料等,也从最初的防腐性粉末涂料、耐候性粉末涂料逐渐演变而来。首先介绍了粉末涂料的特点,简要回顾了国内外粉末涂料的发展状况。然后,结合粉末涂料的作用机理和目前的研究现状,重点讨论了重防腐粉末涂料、耐候粉末涂料、抗菌粉末涂料、耐高温粉末涂料、疏水粉末涂料和自修复粉末涂料等六大功能粉末涂料。最后,对功能粉末涂料进行了总结,并对功能粉末涂料的未来发展进行了展望。

关键词

功能性粉末涂料;重防腐;耐候性;抗菌;疏水;耐高温

粉末涂料是一种新型的固体粉末环保涂料,不同于常见的溶剂型和水性液体涂料。由于其无溶剂、无污染、储存稳定、运输方便、节约资源、效率高,受到涂料用户的青睐,成为国内外研究的热点。粉末涂料的应用范围很广,从小尺寸零件到各种大型设备。同时,在环保政策和法律法规的推动下,粉末涂料成为涂料市场增长最快的品种。根据大观研究的研究报告,2015年粉末涂料市场规模为86.6亿美元,预计到2024年将达到165.5亿美元。

粉末涂料一般由树脂、固化剂、颜料、填料和助剂组成。根据树脂交联固化方式,粉末涂料可分为热固性和热塑性。热固性粉末涂料必须加入固化剂才能与热固性树脂交联,热固性树脂主要有环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯树脂等。热塑性粉末涂料不需要固化剂。常见的热塑性树脂包括聚乙烯、聚苯醚、聚氯乙烯和聚砜。

自20世纪90年代以来,粉末涂料逐渐发展成为具有特殊功能的功能性粉末涂料,以满足特定用途表面涂装的需要。尤其是进入2017年后,在企业安全、环境问题、原材料上涨、市场等因素影响下,核心竞争力不足的企业被市场淘汰,推动了企业转型升级,推动粉企聚焦高端粉市,谋求绿色发展。

功能粉末涂料及其发展


功能性粉末涂料是指适用于特定场合,具有特殊功能的粉末涂料。它在传统保护和装饰的基础上,赋予涂料许多特殊性能,包括绝缘、防腐、防水、耐高温、防辐射等。按功能可分为防腐型、耐候型、耐热型、疏水型和抗菌型粉末涂料。同时,随着粉末涂料的发展,防蚊、防涂鸦等新型粉末涂料不断涌现。


粉末涂料主要通过物理或化学方法实现粉末涂料的功能化。目前实现功能化的方法有两种:1)通过调整粉末涂料的组成和配方,添加具有一定特性的物质;2)通过化学修饰配方中的物质来改变物质的分子结构。


功能性粉末涂料涵盖了人类生活的方方面面,例如防腐性粉末涂料涵盖了管道设施、能源设施、道路交通、海洋设施和军事装备等,应用范围非常广泛。随着技术的发展和政策法规的完善,粉末涂料将占据越来越大的市场份额。


世界粉末涂料的生产和应用始于20世纪50年代,早于我国,生产技术和R&D较我国相对先进。目前,世界上大多数国家生产的粉末涂料用于国内消费,国际贸易量很小。中国的粉末涂料工业始于1965年。随着家电、家具尤其是建筑行业的快速发展,以及粉末涂料相关产业链的成熟,粉末涂料取得了长足的进步。


如今,我国粉末涂料的产销已经进入高速增长期,2017年的年增长率甚至达到了13%。而我国粉末涂料主要有环氧、聚酯和环氧/聚酯粉末涂料,高档丙烯酸、聚氨酯、氟碳粉末所占比例很小,不到1%。此外,粉末涂料市场供大于求。其中功能性粉末涂料发展相对较慢,除了装饰性、防腐性、耐候性粉末涂料外,其他功能性粉末涂料发展不多。外资企业占中国高端粉末涂料市场的80%。国内粉末涂料企业大多缺乏创新,技术水平相对落后。生产的粉末涂料主要是普通粉末涂料。

2实验结果及讨论

2.1重防腐粉末涂料

腐蚀造成的直接损失约占世界各国每年国民生产总值(GDP)的2% ~ 4%,其危害超过自然灾害和各种事故的总损失。为了防止零件被腐蚀,可以在表面涂覆防腐涂层,将材料与外界环境隔离,保护涂层内部的金属材料,保证零件的长期使用。


防腐涂料分为一般防腐涂料和重防腐涂料:一般防腐涂料的使用寿命为5 ~ 10年;与普通防腐涂料相比,重防腐涂料具有良好的附着力、抗腐蚀介质渗透能力,或抗腐蚀介质的化学腐蚀性,涂膜本身具有很强的耐久性,从而为被涂材料提供防腐能力,使用寿命可达30年以上,防腐效果可提高4 ~ 5倍。但由于施工条件等限制,重防腐涂料主要是液体涂料(包括溶剂型和水性涂料),主要用于油气管道、饮用水管道、建筑钢筋、铸铁阀门和精密仪器的附件等。


根据机理,涂层防腐主要包括物理屏蔽、化学防腐和阴极保护。物理屏蔽主要是形成一层致密的保护膜,隔离外界环境与基板的接触;化学防腐就是添加一些填料(如氢氧化钙、氢氧化镁等。)到涂层中,在酸碱环境中与酸碱物质发生反应,保护涂层和基体不受侵害;阴极保护用于由电荷引起的腐蚀保护。通过加入活性金属(如锌),使钢被腐蚀的部分转移,活性金属失去电子。普通防腐粉末涂料分为普通改性防腐涂料、熔融环氧粉末涂料和环氧富锌粉末涂料。

其他常见的防腐涂料,如环氧、聚酯-环氧、丙烯酸等,经改性后也可作为重防腐涂料使用。

涂料中常用的热固性体系,如聚酯、环氧、聚酯-环氧混合型、聚丙烯酸酯(“丙烯酸”),都有一定的防腐性能,都是通过物理屏蔽来保护基材。环氧树脂因其在碳钢表面优异的附着力和耐化学性而得到广泛应用。普通环氧粉末涂料一般使用双氰胺(DICY)作为双酚a环氧树脂的固化剂,咪唑类化合物作为固化促进剂。

溶剂型重防腐涂料通常按照ISO 12944-5有一套保护体系,这也可以作为普通粉末涂料防腐的参考。目前,重防腐粉末涂料主要通过物理屏蔽来保护材料,包括对基料树脂、颜填料的改性;同时采用厚涂层、多层涂层或复合涂层的方法生成一层甚至多层致密的保护膜,以提高涂层的耐重腐蚀性能。陈超等。采用自制的磷酸盐颜料和聚丙烯酸酯聚合物作为缓蚀剂,代替传统的流平剂,同时加入其他组分,提高了涂料的耐腐蚀性能,并应用于石油化工和管道涂装。在油田开采过程中,大量使用化学添加剂驱油,对油井管造成严重腐蚀。朱继刚采用环氧树脂与丙烯酸树脂结合的方法,通过环氧键与金属键的化学反应,增强了涂层的耐酸碱腐蚀性能。同时引入纳米石墨烯和碳化硅,提高材料的韧性和硬度。研制了一种油井管用重防腐耐高温粉末涂料,作用时间从90天提高到365天以上。

熔融环氧粉末涂料是物理屏蔽的另一个典型例子:在重防腐粉末涂料领域,通常使用热固性熔融环氧粉末涂料(FBE),与普通环氧粉末涂料有很大区别。熔融环氧粉末涂料一般采用酚醛或甲酚甲醛环氧树脂(酚醛改性环氧树脂)、双酚a环氧树脂和酚醛固化剂在180 ~ 250℃交联固化,固化时间视加热温度而定,7 ~ 25 min不等。与一般环氧粉末涂料的膜厚小于100微米不同,熔融环氧的典型膜厚在250-500 μm之间,根据不同的规格,环氧粉末涂料的表面可以进一步涂覆热塑性聚乙烯粉末涂料。

FBE的耐腐蚀性受多种因素影响,包括暴露环境、固化工艺和颜填料的性能。涂层的暴露环境会严重影响腐蚀效果,涂层中离子的扩散对涂层腐蚀程度的影响比水更大。土壤环境中的FBE可能由于土壤应力、回填造成的机械损伤等多种原因而退化失效,尤其是交流电(AC)或直流电(DC)的存在会加速FBE的腐蚀。

为提高熔融环氧粉末涂料的防腐蚀性能,可对树脂体系进行改性或从配方中选择合适的颜填料。颜填料的特性对FBE涂层的腐蚀行为起着重要的作用。在一定范围内,随着颜填料分数和粒径的增加,耐蚀性提高,填料强度高也对耐蚀性的提高起到积极作用。可以对基底进行技术预处理,或者可以选择合适的固化工艺。如钢材经铈盐表面预处理和酸洗后,其表面自由能、附着力、耐盐雾性和耐阴极剥离性都有很大提高,提高了基体与FBE的附着性能,降低了FBE的阴极剥离率,增强了涂层的耐腐蚀性能。

涂层固化工艺不当也会导致涂层与基材钢材表面脱层,甚至完全脱落。通过控制涂层的组成和固化工艺,提高了FBE涂层的耐腐蚀性能。虽然在160℃固化60分钟与在220℃固化5分钟的固化程度相同,但前者的耐蚀性更强。熔融环氧粉末涂料的防腐性能与固化程度呈正相关。对于特殊用途的重防腐粉末涂料(如管道防腐),国外标准对其施工、性能和质量控制都做了详细的规定。如NACE国际(前身为美国腐蚀工程师学会)发布的标准SP0394-2013和加拿大标准协会发布的标准Z245.20-06,这两个标准主要包括粉末涂料的固化时间、含水率、粒度分布和热特性,还对固化后的涂层提出了包括抗弯曲性、附着力和阴极剥离性等要求。熔融环氧粉末涂料具有优异的防腐性能,但在固化过程中存在涂层开裂、耐候性差、易粉化等问题。

除了熔融环氧粉末涂料,环氧富锌重防腐涂料也是重防腐涂料体系的重要组成部分。主要是通过牺牲锌粉(阳极)来达到保护钢铁基体(阴极)的目的。而且涂层中锌腐蚀的产物使断口更加致密,有效缓解了活性腐蚀物质在涂层中的扩散。因此,富锌环氧涂层将阴极保护与物理屏障相结合,以提高涂层的保护效果。

但当仅用锌粒进行防腐保护时,锌粒的含量一般超过77%才能保护钢材。但是,当锌粉含量过高时,不能保证长期有效的阴极保护。这可能是因为大量的锌颗粒会导致涂层中出现孔隙,化学物质很容易通过孔隙进入涂层,从而降低了锌颗粒与基体的电接触。闭路的形成是影响环氧富锌涂层体系阴极保护的重要因素。导电材料的高密度连接可以延长涂层的阴极保护期,提高环氧富锌涂层中锌粉的利用率。

但由于锌颗粒的快速氧化,基体与锌颗粒之间的电接触会随着时间的推移而迅速减少。石墨烯的加入可以明显改善锌粒与铁基体的电接触,将未活化的锌粒转化为活化的锌粒。石墨烯的分散和层状结构延长了腐蚀介质的渗透路径,导致涂层的渗透性和含水量降低,可明显延长环氧富锌涂层的阴极保护时间。避免针孔、附着力差、涂层开裂等缺陷。还可以通过添加纳米Fe-Ti粉、粘土、氧化铁颜料、碳纳米管、纳米Zn等材料来增强环氧富锌粉末涂料的综合性能,防止腐蚀剂和氧化剂的腐蚀。添加量、材料分散性、材料本身的耐蚀性都会影响涂层的耐蚀性。

环保、高性能、多功能、低能耗是未来重防腐涂料的发展方向。仍然需要努力开发具有良好施工性、耐磨性、耐腐蚀性等高性能的重防腐粉末涂料,同时需要研究更多的重防腐涂料新材料。


2.2耐候粉末涂料

耐候粉末涂料是指能够经受住室外环境的考验,并长期保持其装饰和防护功能的粉末涂料。暴露在室外的粉末涂料,会因阳光照射、湿度、温度、污染物(如酸雨)等多种因素而老化降解。其中,阳光照射是日常生活中最常见的自然力之一。涂层树脂中所含的酮基、羰基等基团会吸收阳光中波长为290~400 nm的紫外光(UV),导致聚合物链发生光化学降解反应,聚酯涂层分子链断裂,涂层变黄、褪色,甚至粉化。雨水和冷凝是涂层受到的另一种常见的自然作用。大气中含有的酸性物质(如CO2、NO2和SO2等。)溶于雨水中,然后与涂料中的聚合物成膜物质、无机颜填料等碱性物质或金属化合物发生化学反应,使含有酯键的聚合物链降解,导致涂层变色、失泽、腐蚀。目前,粉末涂料广泛应用于户外,如交通运输、户外装修、工程机械等。,这就要求粉末涂料的耐候性更高。


粉末涂料的耐候性与组分的光谱灵敏度直接相关。常用的耐候粉末涂料树脂类型见表2。由于不同类型的树脂之间的不同官能团和键能,在光敏性和稳定性方面存在差异。以及添加的组分对紫外光吸收和涂层氧化程度的影响,导致粉末涂料耐候性的强弱。目前市场上主要采用热塑性聚乙烯粉末涂料和热固性聚酯粉末涂料体系,以保证耐候性,主要用于普通环境。至于一些恶劣的环境(如酸碱等。),还是要开发超耐候粉末涂料。

粉末耐候性的提高取决于树脂类型、颜料、填料和添加剂的选择和匹配使用。一方面,我们可以选择合适的粘合剂树脂或对粘合剂树脂进行改性并选择合适的固化剂。国内外对耐候粉末涂料的研究较多,已成功开发出一系列户外树脂体系,如聚酯/TGIC(异氰脲酸三缩水甘油酯)体系、聚酯/HAA(羟烷基酰胺)体系、丙烯酸酯、聚氨酯、聚偏氟乙烯(PVDF)、氟碳和有机硅改性聚酯体系等。另一方面,一定量的抗氧化剂、紫外线吸收剂(苯并三氮唑和三嗪紫外线吸收剂、纳米级的TiO2、SiO2、ZnO和CeO2的金属氧化物等。)和自由基清除剂(受阻胺光稳定剂HALS)来减缓涂层的老化。国内的研究已经开始系统地使用添加剂来提高粉末涂料的耐候性。


耐候粉末涂料用树脂种类很多,但耐久性普遍较差。而氟树脂具有氟碳键结构,键长短,键能远高于碳碳键和碳氧键,可以紧密排列在聚合物周围,使得氟碳粉末涂料表现出优异的耐候性。广泛应用于高端建筑铝型材、电气电子、航空航天等领域,生产施工技术成熟。是当今世界公认的超级耐候涂料品种。


氟碳粉末涂料是含氟树脂粉末涂料的总称,可分为两类:一类是以PVDF(聚偏氟乙烯)、ECTFE(乙烯-三氟氯乙烯共聚物)等树脂为基料的热塑性氟碳粉末涂料;另一类是基于三氟氯乙烯/四氟乙烯和功能单体共聚的固体FEVE(氟烯烃-乙烯基醚或酯的共聚物)氟树脂的热固性氟碳粉末涂料。


PVDF、ECTFE等热塑性氟碳粉末涂料性能优异。目前主要研究PVDF/热塑性丙烯酸氟碳粉末涂料和PVDF氟碳改性粉末涂料。但PVDF树脂硬度高,韧性大,国外通常采用液氮进行低温粉碎,成本高,不适合工业化生产。而且熔融挤出的PVDF粉末涂料外观、光泽度、保光性都很差,只能用于一些特殊用途。普通粉末涂料加入适量的PVDF氟碳改性聚酯树脂可以明显提高粉末涂料的综合性能,其耐候性甚至高于超耐候聚酯粉末涂料,但与PVDF氟碳粉末涂料有一定差距。热塑性氟碳粉末涂料还存在施工困难、烘烤温度高(240 ~ 300℃)、静电喷涂困难(一般需要热喷涂)等问题。


热固性氟碳粉末涂料的涂装工艺(如熔化温度、烘烤温度等。)与普通粉末涂料相似,但其性能(如耐候性、耐腐蚀性等。)远高于聚酯和环氧粉末涂料。但其抗冲击性低,涂膜外观不均匀,附着力差,需要对基材进行预处理。聚酯粉末涂料的耐候性可以提高,但选择聚酯树脂时必须考虑聚酯树脂与氟碳树脂的相容性。公仲等人选用5%的热固性氟碳树脂与特定的聚酯树脂混合,得到高耐候性的氟碳改性聚酯粉末涂料。QUVB实验室加速老化试验表明,粉末涂料耐候性由400 h提高到1 500 h以上(1 500 h保光率仍大于50%)。如霍采用羟基氟碳树脂、异氰酸酯固化剂、金红石型钛白粉、一定量的流平剂和脱气剂混合熔融挤出,提供了一种热固性氟碳粉末涂料。


此外,Shelloil公司对不含芳烃或低芳烃成分的EP进行了改进,使其能与不含芳烃或低芳烃成分的聚酯反应生成含环氧官能团的聚酯,制成一种高耐候性聚酯粉末涂料。经QUV-B型人工老化机老化1 000小时后,改性粉末涂料的保光率仍能达到60%。韩国化学公司使用丙烯酸改性聚酯树脂,将羟基聚酯预聚物与丙烯酸树脂(丙烯酸单体和含羰基官能团的丙烯酸单体在溶液中混合)按一定比例结合。丙烯酸改性聚酯树脂还具有良好的耐候性和机械性能。


目前,涂料行业通过控制涂料老化的三个主要因素(光照、高温和湿度),采用大气暴露试验、加速室外耐候老化试验和加速实验室试验三种方法来评价涂料的耐候性。大气暴露试验的主要特点是真实反映涂料在大气环境中的耐候性,但试验时间较长,一般按年计算。加速室外风化老化试验是通过太阳跟踪聚光暴露实验装置,加强自然环境中的阳光和雨水,缩短试验周期;实验室加速试验是利用实验室各种人工气候模拟设备,如氙灯老化试验箱、紫外线/冷凝老化试验箱等,进一步缩短试验周期。常用的老化试验标准有GB/T 9276-1996涂料自然气候暴露试验方法、GB/T 1865-1997油漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露(过滤氙弧辐射)、GB/T 1766-1995油漆和清漆-涂料老化等级评定方法、ASTM G155非金属材料氙灯暴露老化试验装置等。


氟碳粉末涂料具有优异的耐候性,但在市场上所占比例很小。国内尚未形成氟碳粉末涂料系列产品。还有很多问题需要解决,包括优化氟碳粉末涂料的生产工艺,降低生产成本;改善氟碳粉末涂料的外观、光泽度和抗冲击性。开发具有优异性能的超耐候粉末涂料仍然是一项具有挑战性的任务。




2.3抗菌粉末涂料

抗菌粉末涂料是指能杀灭微生物或阻碍微生物生长繁殖的粉末涂料。公共场所(如公共汽车、医院设备等)等物体的表面。)、办公场所(如建筑物内墙等。)以及室内人们经常接触的设施设备(如家用电器、家具和儿童玩具等。)很容易成为病原体的温床,增加了病原体进入人体引发疾病的概率。研究表明,用消毒剂等消毒产品清洁物体表面时,确实可以去除99.9%以上的病菌,但这种去除是暂时的,病菌很快就会从空气中回到处理过的表面。并提高涂层本身的抗菌性能,使涂层能够抑制表面微生物的生长,长时间保持表面清洁。


抗菌添加剂在抗菌涂料中起着主要作用。抗菌添加剂主要分为有机抗菌剂和无机抗菌剂。有机抗菌剂主要用于液体涂料,包括酞胺、乙酰胺、邻苯二甲腈、壳聚糖、羟基苯甲酸酯、异噻唑啉酮、硝基丙二醇、氨基甲酸酯和有机锌化合物。无机抗菌剂一般是将抗菌金属离子固定在载体上制备而成,抗菌金属离子主要有Ag+、Cu2+、Zn2+、Hg2+、Pb2+、Ni2+和Cd2+。


随着粉末涂料市场的发展,人们开始尝试在粉末涂料中添加有机抗菌材料。有机抗菌材料多为液体,应用有限,但仍有一些固体有机抗菌添加剂,如3-碘-2-丙炔基-氨基甲酸丁酯(IPBC)和N-(2-苯并咪唑基)-氨基甲酸甲酯(俗称多菌灵)、四氯间苯二甲腈(俗称百菌清)、N-三氯甲基硫代苯甲酰胺等。因为这些有机抗菌剂是固体,它们可以与粉末涂料干混或熔融挤出。表3显示了一些可用于粉末涂料的抗菌剂。杜邦公司尝试在粉末涂料中添加Fungitrol 11、Amerstat 300、Nuocide 960、Nuosept S、尼泊金丙酯、尼泊金丁酯几种抗菌剂,得到抗菌效果好的产品。

虽然有机抗菌剂具有很高的杀菌效率,但大多数有机抗菌剂通过与细胞内的酶相互作用,影响蛋白质的合成或破坏细胞的通透性。这种抗菌剂对人体和自然界都是致命的,可能导致癌症、基因损伤等一系列疾病。而且有机抗菌剂耐热性和稳定性差,细菌容易产生耐药性,不适合人类生存环境。


80年代开发了无机抗菌剂,包括银离子和铜离子。这类抗菌剂虽然起效慢,但具有低毒、耐热、持久、抗菌谱广、无耐药性等优点,逐渐成为抗菌材料领域的主要研究方向。无机离子主要通过支撑载体起作用,支撑载体主要有沸石(天然或合成)、磷酸锆、羟基磷灰石、二氧化硅、氧化铝、硅胶等。


其中Ag+抗菌作用强,毒性小,可广泛用作抗菌剂。银离子的抗菌机理是Ag+有很强的与S、N、O配体形成配合物的倾向,一些生物学相关的物质,如硫醇、羧酸、磷酸盐、胺等都可以作为Ag+的配体。此外,Ag+还能与金属元素(铁、铜、铝、锌等)竞争。)中的酶,特别是细菌中的铁和硫簇与氨基酸和DNA碱基的酶合成有关。因此,无论是细胞内部还是细胞表面,对细胞的攻击点都很多,Ag+的多管齐下作用使其具有更强的抗菌活性。另一方面认为银离子的抗菌活性与活性氧有关,抗菌剂与水或空气反应生成活性氧和OH-,攻击细菌细胞膜,但这部分仍有争议。


PPG、巴斯夫等公司在粉末涂料中加入了银离子,同时也有很多人在继续做银无机抗菌剂的研究工作:Rezwana等人用Ag+和Cu2+作为抗菌活性物质;以沸石为载体,得到具有良好抗菌效果的抗菌剂,并将其用于粉末涂料中。Top等人制作了Ag+-斜发沸石抗菌剂,研究了其抗菌性能,并对铜绿假单胞菌和大肠杆菌两种细菌进行了测试。另外,Inoue等研究了Ag+-八面沸石抗菌剂,Xu等研究了Ag+,Zn2+-A分子筛抗菌剂,Ferreira等比较了Ag+-X分子筛和Ag+-Y分子筛的抗菌效果。这些研究表明,Ag+具有很强的抗菌作用,是一种很有潜力的无机抗菌剂,可广泛应用于抗菌粉末涂料领域。


此外,许多研究人员使用纳米银颗粒作为抗菌剂,它粘附在沸石的表面和内部发挥作用。纳米银的主要制备方法包括:银离子在水溶液中被还原生成纳米银,还原剂可以包括NaBH4、柠檬酸盐、肼、抗坏血酸、多糖、多酚等。银纳米粒子也可以通过其他方法合成,如生物法、电磁法和微波法。不同方法制备的纳米银的大小和形状不同,因此化学性质也不同。证据表明,银纳米粒子可以转化为银离子,从而表现出抗菌活性(厌氧条件下的银纳米粒子没有抗菌活性;也可以直接与细菌相互作用(聚集在细胞表面,一小部分渗入细菌内部,从而杀死细菌)。


但无机抗菌剂存在与聚合物相容性差、溶解性差、杀菌慢、易变色等缺点,难以满足人类生活的需要。因此,抗菌粉末涂料逐渐从单一型向复合型发展。Frederick等人使用了N-(三氯甲基)-硫代邻苯二甲酰亚胺、2-溴-2-硝基丙烷-1,3-二醇等抗菌剂,将这些抗菌剂均匀分散在树脂粉末颗粒中,熔化成粉末涂料基体。含有多种抗菌剂的粉末涂料不仅对细菌和真菌具有很强的抵抗力,而且具有优异的韧性、耐腐蚀性和耐久性。于谦等人采用银离子、锌离子、钛离子作为无机抗菌剂,结合在涂层内部,得到耐高温、耐磨的抗菌涂层。而且固化温度低,固化时间短,效果持久。它可用于不同金属甚至某些塑料制品的表面处理,但没有考虑涂层的黄变问题。Takatoshi等人提供了一种以聚酰胺为主要成分的抗菌粉末涂料组合物,针对无机抗菌剂(尤其是银抗菌剂)与聚酰胺粉末涂料配合使用时的变色问题,其特征在于将锌或银/锌复合化合物作为抗菌剂引入聚酰胺中,以制备具有良好抗菌活性、耐变色性和耐久性的涂层。Lapeyre等人通过静电粉末喷涂等方法在金属表面涂覆聚酰胺粉末涂层,赋予其持久的抗菌性能。该涂料采用银离子作为无机抗菌剂。为了避免银离子与其他聚合物发生副反应,选用可溶性陶瓷包覆银离子,保护银离子不受温度和紫外线的影响,使粉末涂层在高于300℃的温度下仍不变色。


目前,全世界对抗菌涂料的需求都在增加。尽管各公司已经向用户承诺了其产品的抗菌性能,许多研究人员也报道了一些新的抗菌剂制备方法,但由于没有足够的时间对涂层材料中的活性成分进行测试和分析,仍有许多问题有待解决。例如,广泛使用的银基抗菌剂的损失削弱了抗菌涂层的耐久性。而且银离子是重金属,对人体还是有一定伤害的,尤其是儿童。因此,开发具有耐久性和低毒性等优异性能的通用抗菌涂料仍是一项具有挑战性的任务。


2.4耐高温粉末涂料


随着粉末涂料应用范围的不断扩大,一些极端环境对粉末涂料提出了更高的要求,从而推动了耐高温粉末涂料的发展。这种粉末涂料不仅耐热性强,而且具有优异的耐腐蚀性和耐候性,广泛应用于炊事部件、大功率照明、锅炉、烘箱、高温炉、汽车零部件等耐高温设备。


目前市场上一般的粉末涂料长期耐温性较低。当温度高于200℃时,涂层会褪色、发黄、粉化。因此,能承受200℃以上温度的粉末涂料一般称为耐高温粉末涂料。


决定粉末涂料耐温性的关键因素是成膜材料的选择。目前,耐高温粉末涂料主要通过物理改性和化学改性来获得:物理改性主要是将硅树脂、氟树脂和聚酯/环氧树脂混合,或者添加合适的固化剂和颜填料,获得耐高温粉末涂料;化学改性是用化学方法对树脂进行改性,改变聚合物的结构,增加聚合物的相对分子量,使树脂耐高温。


物理混合可以结合不同树脂的优点,提高粉末涂料的耐热性。有机硅树脂具有优异的耐热性和耐候性,能有效提高粉末涂料的耐热性和耐候性。然而,它的高价格和对基材的低附着力限制了硅树脂的广泛应用。因此,硅树脂通常与其他树脂结合使用。通过物理改性,获得了高交联度的粉末涂料,提高了漆膜的耐候性和耐热性。孙华强等人以200目硅微粉、丙烯酸树脂、蛭石鳞片粉、尖晶石粉、硅氧烷粉和催化剂二甘醇二胺为原料,按一定比例混合,制备出绝缘性能好、长期耐高温、耐冲击、耐酸碱的导电铜排粉末涂料。马立强等人混合了FEVE氟碳树脂、硅树脂、封闭型异氰酸酯固化剂、结晶安息香脱气剂、丙烯酸酯共聚物等。按比例熔融、挤出、粉碎、过筛,得到的高性能耐高温氟硅粉末涂料可在350℃下长期保持不变。所有测试结果表明,该粉末涂料的各项性能均符合AAMA2605建筑材料规范和HG-T3792-2005氟碳粉末国际标准的要求。

聚酯树脂是最常见的成膜树脂。但由于聚酯树脂主链中存在大量的C-O键,普通聚酯树脂在高温下会粉化、脱落。因此,有必要通过改性来提高聚酯粉末涂料的耐热性。而聚酯树脂与颜填料、硅树脂的混溶性差,流平性不好,难以满足装饰要求。


环氧树脂也是一种常见的成膜树脂。为了增强环氧树脂粉末涂料的耐热性,可以对环氧树脂粉末进行改性或加入适当的固化剂和颜填料。曹建伟等采用了含溴环氧树脂、端羟基酚醛固化剂和咪唑类促进剂来提高玻璃化转变温度,采用双酚a环氧树脂和丁腈橡胶改性环氧树脂来提高涂层的韧性,从而提供了一种耐高温、耐冲击、韧性好的新型粉末涂料。


一般无机颜填料耐热性好。比如无机硅酸盐,热稳定性好,无污染,无毒。Decker等人通过将Silres 604树脂和云母填料混合,经挤压、固化和粉碎,然后与二氧化硅混合研磨,制备出涂料粉末。将样品与玻璃球干混,得到具有一定耐热性的粉末涂料。广泛用于涂布高温烟囱、马弗炉、锅炉、烘炉、窑炉及炉头等。


同样,可以用化学方法对树脂进行改性,通过有机物之间的化学反应,得到相对分子量较大的树脂,从而获得耐高温性能。王慧丽等在低用量固化剂TGIC的条件下,通过控制三羟甲基丙烷和对苯二甲酸的反应,制备了高相对分子质量和高交联密度的聚酯树脂。同时,这种聚酯树脂具有优异的耐高温黄变性能。蒋建明等通过聚酯中间液与硅中间液反应,制备了粉末涂料用耐高温树脂。这种粉末涂料用聚酯具有优异的耐高温性能。根据国家标准GB/T9286-1998和GB/T1735-1979,经300℃以上高温烘烤3小时,附着力和光泽度无明显变化。


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