2　 聚氯乙烯(PVC)粉末涂料

當(dāng)熱固性粉末涂料還處于發(fā)展初期的時(shí)候 ,聚氯乙烯粉末涂料已被引進(jìn)市場。以聚氯乙烯為基料的涂料顯示了其它熱塑性材料所不具備的優(yōu)點(diǎn) 。

聚氯乙烯(PVC)粉末涂料顏色配置范圍寬、耐候性好 ,涂膜耐腐蝕性優(yōu)良 ,耐醇類、汽油 、芳烴類溶劑 ,機(jī)械強(qiáng)度高 , 并且具有突出的可撓性 , 涂膜的電絕緣性最高可以耐(4.0-4.4)×10 4 V/mm ,涂膜平整光滑,色彩鮮艷美觀且價(jià)格低廉 。聚氯乙烯 (-CH 2 -CHCl -)n 是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中最便宜的一類聚合物 ,它的基本性能包括耐化學(xué)品腐蝕性 、優(yōu)異的物理機(jī)械性能和好的電絕緣性。

聚氯乙烯(PVC)是一類脆性聚合物, 但是通過使用適當(dāng)用量的合適的增塑劑很容易調(diào)整這類材料的柔韌性。采用自由基聚合機(jī)理, 氯乙烯可以聚合成 PVC均聚物或者與不同的共聚單體聚合成共聚物。大多數(shù) PVC 樹脂是通過氯乙烯單體在含有乳化劑或者懸浮穩(wěn)定劑的水性體系中進(jìn)行乳液聚合或懸浮聚合生產(chǎn)的。然而 ,本體聚合和溶液聚合在工業(yè)生產(chǎn)中同樣被采用 。

聚氯乙烯是一種含有少量不完整晶體的無定型聚合物, 對(duì)于大多數(shù) PVC 樹脂商品 ,它的平均分子量在 50000 到 120000 的范圍內(nèi) ,高分子量的 PVC 具有更 好的物理性能;低分子量的 PVC 樹脂更適合應(yīng)用于粉末涂料, 因?yàn)榈头肿恿?PVC 具有更低的熔體黏度和軟化溫度 。盡管所報(bào)道的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍為 68℃-105℃, 但 Tg 主要取決于聚合方法,特別是在聚合時(shí)所采用的溫度, 常規(guī)的商業(yè)級(jí) PVC的 Tg 在 80℃-85℃之間。

PVC 粉末涂料的主要問題是與生產(chǎn)過程中基料的穩(wěn)定性及易脆的特性有關(guān) 。由于在 PVC 的穩(wěn)定化和增塑方面做了大量的工作, 已成功地克服了這些不足 。結(jié)果是開發(fā)了多種允許乙烯基樹脂在熱混合時(shí)不出現(xiàn)問題的熱穩(wěn)定劑 、增塑劑和潤滑劑。

因?yàn)?PVC 是沒有足夠柔韌性的剛性材料 ,所以不能用于粉末涂料領(lǐng)域 。事實(shí)上 ,不加入增塑劑的PVC 只有很少的用途 。已經(jīng)開發(fā)了大量高沸點(diǎn)的材料用于 PVC 的增塑 , 像鄰苯二甲酸酯, 磷酸酯和脂肪族二元酸酯等 ,具有低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的液態(tài)聚合物或低聚物也常被用作增塑劑。鄰苯二甲酸酯是PVC 最便宜的增塑劑, 它在各方面的性能都令人滿意,應(yīng)用最廣泛的是鄰苯二甲酸二 -2-乙基己酯和鄰苯二甲酸二異辛酯 ,并提供了最好的性價(jià)比 。

由二元酸與二元醇進(jìn)行酯化反應(yīng)生產(chǎn)的線形聚酯增塑劑, 能提供良好的耐溶 劑性能。它們特別適合用在與烴類燃料或其它有機(jī)溶劑接觸的 PVC 粉末涂料中。然而,用聚酯增塑的 PVC 表現(xiàn)出較差的低溫柔韌。在 PVC 中加入增塑劑可以提高聚合物的柔韌性和抗沖擊性能, 但是同時(shí)也降低了被增塑材料的拉伸強(qiáng)度、模量和硬度 。

通過仔細(xì)選擇增塑劑的種類和用量可以使硬度和柔韌性之間達(dá)到所望的平衡值。在確定增塑劑的類型和添加量時(shí)不僅要考慮能滿足在柔韌性, 抗沖擊性和硬度之間有一個(gè)很好的平衡點(diǎn) ,還要考慮不能影響到粉末的儲(chǔ)存穩(wěn)定性 。

當(dāng)聚氯乙烯的分子量在40000 以上時(shí)具有很好的機(jī)械性能 , 在著色體系中 , 由于 PVC 如 此高的分子量,使得它與熱固性 基料相比溶體黏度有了相當(dāng)顯著地增加。當(dāng)顏料濃度在 15%-25%(重量比)時(shí) ,用鈦白著色的 PVC 的熔體黏度是逐漸增加的 。這幾乎比醇酸樹脂濃度低 4 倍。將具有高熔體黏度的著色 PVC 粉末涂料用于厚涂膜的一個(gè)重要原因是為了獲得優(yōu)良的流平性。

通常 PVC 粉末涂料的價(jià)格非常低 ,但因采用厚膜而被抵消了, 采用這種方 ** 失去低價(jià)和良好保護(hù)性能的優(yōu)勢 。應(yīng)將厚度控制在 50μm 以下 , 熔體黏度應(yīng)該在 50Pa.s -500Pa.s 之間 ,其對(duì)應(yīng)的重均分子量在 20000-40000 之間(數(shù)均分子量在 10000-20000 之間), 它比通常使用的分子量要低 2-4 倍 。

對(duì)于一個(gè)完整的 PVC 粉末涂料配方, 應(yīng)該包括一種合適的穩(wěn)定劑。用作 PVC 穩(wěn)定劑的所有材料的共性是具有與氯化氫反應(yīng)的能力 ,熱穩(wěn)定劑是在降解發(fā)生之后才能起作用 。為了解決 PVC 的熱穩(wěn)定性 ,已經(jīng)開發(fā)了很多種。

這些材料包括具有較低 熱穩(wěn)定性能的鈣和鋅的混和鹽,鋇和鎘的皂類、硫酸鉛 、硫醇錫 、二丁基錫衍生 物、二 -(正辛基)順丁烯二酸錫 、氨基丁烯酸酯 、環(huán)氧化合物等 ,可是鉛和鎘由于有毒在很多國家是禁止使用的。

在粉末涂料的配方中經(jīng)常添加潤滑劑 ,它們不但影響加工行為而且還影響最終產(chǎn)品的性能。潤滑劑的首要任務(wù)是提高熔融化合物的流動(dòng)性能 ,其次是在粉末涂料的生產(chǎn)過程中 ,通過潤滑 PVC 與金屬表面之間的接觸面, 促進(jìn)材料在擠出機(jī)中的輸送。為達(dá)到這個(gè)目的通常使用兩種類型的潤滑劑。

內(nèi)潤滑劑與 PVC 完全相容,能降低混合物的熔體黏度 ,提高流動(dòng)性能和減少對(duì)加工設(shè)備的摩擦 ;外潤滑劑與 PVC 不能完全相容, 在這種情況下只能作為 PVC 與加工設(shè)備金屬表面接觸的潤滑層 。內(nèi)潤滑劑的代表是長鏈的脂肪酸 、硬脂酸鈣 、烷基化脂肪酸和長鏈的烷基胺 ;外潤滑劑包括脂肪酸酯 、高分子量醇類 、合成臘和低分子量聚乙烯。

采用沸騰床涂裝技術(shù)的 PVC 粉末涂料是涂覆金屬絲厚涂層制品最廣泛使用的材料, 在這方面的應(yīng)用中提供了很好的性價(jià)比 。它們的特點(diǎn)是涂層均勻 、不 流掛和具有優(yōu)良的邊角覆蓋力 。采用沸騰床涂覆的 PVC 粉末 涂層的 厚度通 常在 200μm -400μm,為了得到更均一的薄涂層, 必須采用靜電噴涂技術(shù) 。

采用 PVC 粉末涂飾的典型產(chǎn)品是各種生活用器具和洗碗機(jī)架, 在后一種情況 PVC 涂覆材料必須通過標(biāo)準(zhǔn)的測試條件, 即浸泡在 80℃-100℃的水和蒸汽中而不起泡。良好的耐洗滌性和耐食品污染性與它允許水從被涂制品流走這一重要特性密切相關(guān)。PVC 粉末涂料的另一個(gè)重要特點(diǎn)是對(duì)盤碟架起消音作用, 因此在放餐具時(shí)可防止發(fā)出噪音。良好的耐化學(xué)和耐洗滌劑性使得它們更適合于保護(hù)洗碗機(jī)外殼 。

PVC 粉末涂料的無毒性使得它們可以用于冰箱架,冰柜及其架子。PVC 粉末涂料的抗污染性和低氣味使得它們用在金屬絲架, 金屬網(wǎng)或薄板方面更受歡迎,也被用作金屬家具涂料。

PVC 粉末涂料良好的介電性能是它們能在電氣和電子工業(yè)中使用的首要性能 , 柔軟的手感使得它們適合涂飾各種不同類型的把手、汽車座椅安全帶 、公共汽車上的棒材和工具等。

戶外耐久性不是 PVC 粉末涂料的強(qiáng)項(xiàng) ,原因在于基料對(duì)在 350nm 以下的 紫外光敏感 ,開發(fā)有效的UV 穩(wěn)定劑為外用 PVC 粉末涂料展示了新的希望 。

在美國戶外使用的 PVC 粉末涂料已經(jīng)有了很大的市場, 其中包括電壓變壓器, 制造商對(duì)于用 PVC 粉末涂料涂裝的產(chǎn)品保證了 20 年的使用壽命。

聚氯乙烯粉末涂料擁有較好的綜合性能, 有軟橡膠感 。如遇合適的底漆配套使用 ,則涂膜具有優(yōu)良的耐水性、耐洗滌劑和附著力,當(dāng)涂膜長期浸泡在熱的洗滌劑溶液中 ,仍然能保證優(yōu)良的性能且不會(huì)從底材上剝落。

聚氯乙烯粉末涂料可以用流化床浸涂, 粉末涂料粒度要求在 100μm -200μm ;或者靜電粉末涂裝 ,粉末涂料粒度要求在 50μm -100μm。

聚氯乙烯粉末涂料存在如下的缺點(diǎn) :

a)聚氯乙烯樹脂的熔融溫度與分解溫度之間的溫度差小 ,對(duì)涂裝溫度的控制靈敏度要求比較嚴(yán)格 ,以免在涂裝過程中粉末涂料分解;

b)涂膜不耐芳香烴類 、酯類、酮類和氯化溶劑等