建筑铝型材喷涂用环保低温快速固化粉末涂料

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广州慧正智联科技有限公司

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通过配方设计和粉碎工艺优化，研制获得了符合铝型材涂覆标准的低温固化HAA粉末涂料。

研究课题：粉末涂料

刘克非¹ 陈智敏² 吴庆松¹ 顾磊²

( 1.广东德福生新材料科技有限公司；2.科思创树脂(上海)有限公司 )

摘要：通过配方设计和粉碎工艺优化，研制获得了符合铝型材涂覆标准的低温固化HAA粉末涂料。

引言

2019年全国铝材产量超过5000万t，其中粉末喷涂型材达到1000万t，按平均每40 kg粉末喷涂1 t型材计，全国铝型材用粉量达到40万t。
传统的建筑铝型材粉末涂料喷涂是在200~210 ℃固化10~15 min，天然气能源消耗约为20~25 m³/t，持续高温对设备的损耗大，维护费用高。而使用低温快速固化粉末涂料，按10 min@160 ℃或6 min@180 ℃，固化天然气能源损耗15~18 m³/t，大大降低能源损耗及设备维护成本，且减少粉末涂料固化时有机挥发物的排放，从而减少炉灰聚集产生，有效改善作业环境。
应节能环保要求，近年市场陆续推出一系列低温快速固化粉末涂料。该系列一般分为TGIC及HAA固化两类。
TGIC(异氰脲酸三缩水甘油酯)低温快速固化体系，成膜后表面流平尚可，可达到良好的感观要求。但由于TGIC固化剂对人体皮肤、眼睛有刺激性，能使动物细胞产生诱变，改变基因某些结构；而且这种改变有遗传性，对直接接触配料、挤出工序的粉末厂员工，可能造成人身伤害，且对环境造成危害。欧洲已于1998年颁布毒性标记限制其使用。
HAA(羟烷基酰胺)低温快速固化体系，成膜后表面效果一般，易泛黄，膜厚超过70 μm容易出现针孔，影响美观。部分厂家采用低酸值羧基聚酯树脂，以期通过降低HAA含量来解决泛黄、针孔等弊病，但由于其交联密度过低，押出片韧性太高，难以粉碎至最佳粒径，同时，耐化学品性受到较大影响。
由于建筑铝型材涂膜表面对耐久性的要求较高，故在环保节能、低温快速固化的前提下，不但要得到较为美观的涂膜表面，更须兼顾涂膜的耐候性及物理化学性能符合GB/T5237.4—2017中Ⅰ类、Ⅱ类，AAMA2603、AAMA2604及Qualicoat class I、class Ⅱ的相关要求。

1.技术要求

(1) 低温快速固化：实现10 min@160 ℃、6 min@180 ℃ 条件下充分反应固化。

(2) 环保无毒：以HAA取代TGIC。

(3) 产品突破：为保证涂膜的耐化学品性能及耐候性能在不降低涂膜交联密度的前提下，使HAA固化粉末涂膜流平性达到传统TGIC的平坦度及光亮度，最大程度减少或消除厚涂针孔弊病；同时提升产品的易粉碎性。

2.配方设计

以RAL9016颜色为基准，分别测试低温HAA固化树脂与低温TGIC固化树脂的性能。低温固化粉末涂料配方见表1。聚酯1(DSM特种聚酯树脂)：酸值33~37 mgKOH/g，T g58 ℃，与HAA配比为95:5；聚酯2(DSM特种聚酯树脂)：酸值49.5~53.5 mgKOH/g，T g 56 ℃，与HAA配比为93:7；聚酯3(DSM特种聚酯树脂)：酸值33~37 mgKOH/g，T g 60 ℃，与TGIC配比为93:7。加工条件：圣士达SLJ-35双螺杆挤出机，Ⅰ区85~90 ℃，Ⅱ区95~100 ℃，转速40 Hz。圣士达ACM-05变频式粉碎机，筛目180，主、副磨转速根据粒径要求随机调整。固化条件：10 min@160 ℃，6 min@180 ℃。

3.测试对比

3.1 不同粒径对表面性能的影响

对比不同粒径对表面状态及流平性、膜厚的影响。

设备：瑞士金马OptiFlex®2C手动喷粉系统，电压65kV，电流20 μA，气压0.4 MPa。百特BT-9300HT激光粒度分布仪，遮光比11%~13%，测试两次，数据相近时取平均值。每个粉末涂料样品20 g，全部喷完。并重复上述操作，直至同条件下，同一样品喷涂的两个试板测试数据相近，取中间值。测试结果见表2。

由表2可得出如下结论：

(1) 该HAA体系中，中位粒径越粗，流平越差，针孔产生的几率越高；

(2) 由于HAA体系的特殊性，常规粉末涂料中位径不宜超过35 μm；

(3) HAA体系中位径在26~31 μm间，遮盖力相对较好，流平优异，不容易产生针孔；

3.2 不同固化条件对涂层性能的影响

选用适应喷涂的较佳粒径(30±2) μm的粉末涂料进行相关物理化学性能测试(表3)，依据标准GB/T 5237.4—2017铝合金建筑型材第4部分：喷粉型材。固化条件：10 min@160 ℃，6 min@180 ℃。底材：6063合金板，壁厚1.0 mm 。综合而言，在基本物性的对比中，选择的两款低温HAA树脂与TGIC体系的性能相近。