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          粉末涂料的功能性與市場前景
          時間:2021-01-23 09:08:25 點擊次數:294

          越來越多的涂料用戶賞識粉末涂料的無污染、儲存安穩、易運輸、節約資源和高效率等優點,需求支持下粉末涂料種類日漸趨多,應用范圍廣泛,從小尺度零部件到各種大型設備的涂裝均能看到粉末涂料的身影。商場預計,到2026年全球粉末涂料商場規模預計將到達150億美元,復合年增長率為6.8%。

           

          值得注意的是,我國粉末涂料首要包括環氧、聚酯以及環氧/聚酯粉末涂料,高檔的丙烯酸、聚氨酯和氟碳粉末所占比例很小,比例不到1%。外資生產企業占有我國高端粉末涂料商場80%的比例,國內大部分粉末涂料企業創新力缺乏,技術水平相對落后,生產的粉末涂料以一般粉末涂料為主?,F在,一般粉末涂料商場現已出現供大于求的局勢,商場競爭的加重,中心競爭力缺乏的企業被商場淘汰。這促進企業不得不轉型晉級,將目光會集到高端粉末商場,向具有特別功用的功用性粉末涂料開展,以滿足特定用處的外表涂裝。

          功用性粉末涂料是指適用于特定場合、具有特別功用的粉末涂料。它在傳統的保護和裝修效果基礎上,賦予了涂料包括絕緣、防腐、防水、耐高溫和防輻射等多種特別性能。按照功用可分為防腐蝕型、耐候型、耐熱型、疏水型和抗菌型粉末涂料等多種類型。一起隨著粉末涂料的開展,也正在涌現如防蚊型、抗涂鴉型等新式的粉末涂料。功用性粉末涂料涵蓋了人類日子的方方面面,例如,防腐蝕粉末涂料覆蓋管道設備、動力設備、公路交通、海洋設備和軍工設備等領域。但是,我國功用性粉末涂料開展較為緩慢,除裝修型、防腐型、耐候性粉末涂料外,其它功用性粉末涂料均開展不大?;诖吮尘?,本文要點對重防腐粉末涂料、耐候性粉末涂料、抗菌性粉末涂料、耐高溫粉末涂料、疏水粉末涂料和自愈型粉末涂料6種功用性粉末涂料進行介紹。

           

          重防腐粉末涂料

          世界各國每年因腐蝕形成的直接損失約占其GDP2%~4%,損害超越自然災害和各類事端的損失總和。為避免零部件被腐蝕,人們選擇在在外表涂敷防腐涂層,阻隔資料與外界環境的觸摸,保護涂層內部的金屬資料,保證零部件的長期運用。

          資料顯示,防腐涂料分為一般防腐涂料和重防腐涂料:一般防腐涂料,運用年限為5~10年;重防腐涂料比較于一般防腐涂料具有良好的附著力、反抗腐蝕介質的滲透性,或對腐蝕介質具有化學抗性,而且涂膜本身具有較強的耐久性,從而為被涂膜資料提供抗腐蝕性,運用年限可以到達30年以上,防腐效果提升4~5倍。常見的防腐粉末涂料分為一般改性防腐涂料、熔結環氧粉末涂料和環氧富鋅粉末涂料。

          常見的重防腐粉末涂料種類及改性方法

          其它常見的防腐涂料如環氧型、聚酯-環氧型、丙烯酸型經改性后也可作為重防腐涂料。

          目前重防腐粉末涂料主要是通過物理屏蔽實現對材料的保護作用,包括基料樹脂、顏料和填料改性;同時使用厚涂、多涂或復合涂層的涂裝方法,生成一層甚至多層致密的保護膜,提升涂層的重防腐性能。(納米鐵鈦粉、石墨烯、金剛砂以及化學改性樹脂的使用也能進一步提高樹脂的防腐能力。)

          由于施工條件等限制,現今重防腐涂料仍以液體涂料為主。環?;?、高性能、多功能和低能耗是今后重防腐涂料的發展方向。

           

          耐候性粉末涂料

          耐候性粉末涂料指的是能經受室外環境考驗、長期保持其裝飾和保護功能的粉末涂料。暴露在戶外的粉末涂料會因日光曝曬、濕度、溫度和污染物質(如酸雨)等多種因素的影響而發生老化降解。像日光曝曬會導致涂層發生黃變和褪色、甚至粉化;淋和冷凝會使涂層出現變色、失光和銹蝕現象。目前粉末涂料在戶外的應用日趨廣泛,如交通運輸、室外裝飾、工程機械等,對粉末涂料的耐候性提出了更高的要求。

          粉末涂料的耐候性能提高取決于樹脂種類、顏填料、助劑的選擇和配套使用。一方面可以選擇合適的基料樹脂或對基料樹脂改性并選擇合適的固化劑。如聚酯/TGIC體系、聚酯/HAA體系、丙烯酸酯、聚氨酯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、氟碳及有機硅改性聚酯體系等。另一方面可以加入一定量的抗氧化劑、紫外線吸收劑和自由基捕獲劑等來減緩涂層的老化,國內已經開始系統地將添加劑用于提高粉末涂料耐候性的研究。

           

          常用的耐候粉末涂料樹脂種類

          耐候性粉末涂料用樹脂種類繁多,但普遍耐久性較差。而氟碳粉末涂料(含氟樹脂的粉末涂料的統稱)由于其本身特點表現出優良的耐候性能,廣泛應用于高端建筑鋁型材領域、電氣電子和航天航空等領域,生產施工工藝成熟,是當世界公認的超耐候涂料品種。熱固性氟碳粉末涂料性能(如耐候性、耐腐蝕性等)遠遠高于聚酯、環氧粉末涂料。

          然而,氟碳粉末涂料具有優異的耐候性能,卻在市場中占比很小,國內尚未形成氟碳粉末涂料的系列產品。仍然存在很多問題尚待解決包括優化氟碳粉末涂料的生產工藝和降低生產成本;提高氟碳粉末涂料的外觀、光澤度和耐沖擊等性能。開發出具優異性能的超耐候粉末涂料仍然是具有挑戰性的一項任務。

           

          抗菌粉末涂料

          抗菌粉末涂料是指可以殺死微生物或者阻礙微生物生長繁殖的粉末涂料。在日常生活中,普通的消毒液等滅菌產品只能起到短暫的殺菌作用,但如果通過提升物體表面涂層本身的抗菌性能,就可以使涂層可自行抑制微生物在表面的生長,能夠保持表面的長期清潔。

          抗菌涂層中起主要作用的是抗菌添加劑。大部分有機抗菌材料為液體,應用受限;無機類抗菌劑,包括銀離子和銅離子等。這類抗菌劑雖然起效較慢,但其具有低毒性、耐熱性、持續性、抗菌廣譜和不會產生抗藥性等優點。PPG、巴斯夫等公司已經將銀離子加入到粉末涂料中。

          可惜的是,無機抗菌劑具有與高分子聚合物的相溶性較差、溶解性不好、殺菌慢和變色等缺點,難以滿足人類生活的需要。因此,抗菌型粉末涂料逐漸從單一型發展到復合型抗菌粉末涂料。另外,抗菌劑制備方法仍有許多問題亟待解決。例如,現在廣泛使用的銀系抗菌劑的流失問題,使得抗菌涂層的耐久性減弱所以,開發具有耐久性、低毒性等優異性能的通用抗菌涂層仍然是一項具有挑戰性的任務。

           

          耐高溫粉末涂料

          隨著粉末涂料的應用范圍不斷變大,一些極端環境對粉末涂料提出了更高的要求,從而促進了耐高溫粉末涂料的開發。該類粉末涂料不僅具有較強的耐熱性能,而且具有耐腐蝕性和耐候性等優良性能,廣泛應用于烹飪組件、大功率燈飾、鍋爐、烘箱、高溫爐和汽車零件等多種耐高溫設備。

          目前市場上一般的粉末涂料的長期耐溫性較低,在200℃及以上的高溫時,涂層會出現褪色、黃變和粉化等現象。故一般把能夠承受200℃以上的溫度的粉末涂料稱之為耐高溫粉末涂料。了解到,成膜物質的選擇是決定粉末涂料的耐溫性的關鍵因素,當下技術上主要的通過物理改性和化學改性獲得耐高溫粉末涂料:

          物理改性指通過有機硅樹脂、氟樹脂與聚酯/環氧樹脂混合,或者通過加入合適的固化劑和顏填料,得到耐高溫粉末涂料;

          化學改性則是通過化學方法對樹脂進行改性,改變高分子聚合物的結構,增加聚合物的相對分子質量,以使樹脂可以耐高溫。

          聚酯樹脂是最常見的成膜樹脂,但是由于聚酯樹脂主鏈大量C-O鍵的存在,導致普通聚酯樹脂在高溫條件下會發生粉化、脫落,因此要通過改性來提升聚酯粉末涂層的耐熱性能。而且聚酯樹脂與顏填料、有機硅樹脂的混溶性較差,流平性不好;環氧樹脂也是一種常見的成膜樹脂,為了增強環氧樹脂粉末涂料的耐熱性能,可以對環氧樹脂粉末進行改性或加入合適的固化劑和顏填料。

           

          超疏水粉末涂料

          疏水性涂料通常指的是一種低表面能涂料,涂料表面的靜態水接觸角θ大于90°,而超疏水性涂料是一種具有特殊表面性質的新型涂料,水滴在其表面的接觸角超過150°,滑動角小于10°,幾乎成球形,很容易通過滾動帶走涂層表面塵土,因而具有良好的自清潔能力。

          構建超疏水涂層主要通過2種方法:

          1)采用低表面能物質如有機氟、硅樹脂和含活性基團的長鏈脂肪烷烴修飾粗糙的基底表面,降低表面自由能。

          2)構筑粗糙的微納米結構,提高疏水表面的粗糙度,主要包括刻蝕法、模板法、自組裝法、光刻法和氣相沉積法等多種方法。

          除對樹脂進行改性外,在常用的粉末涂料中添加疏水助劑是實現超疏水最簡單快捷的方式,但這樣方式添加量往往較大,通常在10%以上,甚至能達到50%。另一方面,還可以使涂層內外結構相同,即使外層在力的作用下被破壞,露出的內層依然是超疏水層。

          值得注意的是,疏水涂層的耐久性與疏水性能成反比,很難同時滿足疏水性和耐久性的需求,限制了它在實際生活中的應用。市場上含疏水涂層的產品非常少見,特別是具有超疏水表面的產品幾乎沒有。這主要是由于低表面能物質與基體的相容性有限,結合強度較低,導致涂層不夠牢固,耐久性差。

          由于疏水涂層的耐久性與疏水性能之間的矛盾性問題。未來的疏水涂層有3個發展方向:

          1)制備耐久性一般但疏水性較強的超疏水涂層,用于特定需要自清潔的領域;

          2)制備具有極高耐久性但疏水性一般的疏水涂層,可用于長時間需要疏水性的領域;

          3)制備具有多功能的粉末涂料,不僅可以疏水,還有其他如耐候、耐高溫和防腐等性能,以滿足人們對高性能涂料的要求。

           

          自愈性粉末涂料

          目前主要通過改進樹脂、顏料、添加劑以及配方技術來保護涂層性能,但涂層一旦被破壞,基材就會在暴露部位被腐蝕,進而不斷腐蝕涂層所保護的基材。2001年,自然科學雜志上首次提出了聚合物自愈技術。

          常見的自愈性復合材料分為自主和非自主2種自愈機制。

          自主愈合機制通常是在涂層中嵌入可聚合的愈合劑或腐蝕抑制劑來實現自修復功能;

          而對于非自主愈合機制,則通常是由外部熱量或光刺激引發化學反應或物理轉變,從而實現自愈合功能。它主要是基于均勻分散到基體材料中的自愈合材料在受到外界應力發生破裂時,釋放其內部的修復劑,使催化劑與自修復劑發生交聯固化反應填補壁面裂縫。

          自愈合粉末涂料作為涂料市場上新出現的一種功能涂料品種,由于其在受到破壞時可以自我修復,具有便捷性、持久性等優點,可以持久地對基材進行保護,必將作為今后涂料發展的一個重要方向。但自愈性粉末涂料制作過程較為復雜,因此開發出方便、利于產業化生產的自愈性粉末涂料尤為重要。

           

          總結

          重防腐涂料和耐候性涂料由于其應用廣泛仍然是未來發展的主流趨勢,疏水涂料以及耐高溫涂根據其相應的應用環境也會開發出更多的適應性品種,其它針對特定用途的新型粉末涂料也會不斷涌現。目前市場上粉末涂料占有率低,功能性粉末涂料的發展仍處于較低水平。但由于功能性粉末涂料的性能和環保優勢,在汽車、船舶、管道和建筑等領域有著巨大的應用前景,具有重大的發展空間,仍然需要不斷進行探索研究。

           


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