取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及粉末涂料，具體涉及一種取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料及其制備方法。本發(fā)明所述的取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料，包括聚酯樹脂、固化劑、流平劑、安息香、脫氣劑、蠟粉、填料、顏料、丙烯酸彈性體，其特點(diǎn)是在聚酯樹脂中添加納米材料進(jìn)行改性，所述納米材料為納米氧化鋁、納米氧化鋯、納米氧化鋅和納米氧化硅的組合。本發(fā)明的粉末涂料提高了涂膜的附著力，達(dá)到了防腐效果，同時(shí)提高了粉末涂料的耐候性，并使粉末涂料性能得到顯著提高和增加了新功能；本發(fā)明的粉末涂料具有較高的涂層硬度，其鉛筆硬度可以達(dá)到3H，并且涂層的耐磨性和韌性較好。
【專利說明】取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及粉末涂料，具體涉及一種取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料 及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鉻酸鹽溶液與金屬作用在其表面生成三價(jià)或六價(jià)鉻化層的過程，稱為鉻化鈍化。 多用于鋁、鎂及其合金的處理，對(duì)鋼鐵也能形成鉻化層，但很少單獨(dú)使用，常和磷化配套使 用，以封閉磷化層的孔隙，使磷化層中裸露的鋼鐵鈍化，以抑制殘余磷化加速劑的腐蝕作 用，進(jìn)一步增加防護(hù)能力。鋁合金型材鉻化鈍化處理是其涂裝前處理工藝中化學(xué)清洗最后 一個(gè)工藝步驟，也是最關(guān)鍵一步，其目的是為了增加材料防腐蝕性和涂裝后涂層的附著力。 但是，六價(jià)鉻為主的鈍化液若沖洗不干凈便會(huì)殘留在鋁型材的表面，六價(jià)鉻離子毒性極大， 會(huì)對(duì)人體和自然環(huán)境造成極大的危害。雖然三價(jià)鉻也能替代六價(jià)鉻，用于鈍化液，三價(jià)鉻溶 液的毒性只有六價(jià)鉻的1 %，不過其鉻化層的耐腐蝕性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，并且最終同樣 存在著含鉻廢水處理的問題。
[0003] 為了從根本上解決鉻離子的污染問題，現(xiàn)在存在兩種解決思路。一種是選擇其他 無毒性無污染的前處理液代替鉻酸鹽的前處理液，通過采用不同工藝方法，達(dá)到與鉻化同 樣防腐蝕效果的保護(hù)膜。
[0004] 如中國(guó)專利CN200610103829. X，公開了一種無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化劑。該轉(zhuǎn)化劑由高錳酸 鉀或過氧化氫的氧化劑和磷酸的成膜劑與氟化氫銨的活化劑和氯化鋯的促進(jìn)劑復(fù)合而成。 該無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化劑不含鉻離子，無毒，而且膜層的耐蝕性好、附著力強(qiáng)，可用于鋁材的防護(hù) 和裝飾處理。
[0005] 中國(guó)專利CN201310212259. 8,本發(fā)明公開了一種提高鋁合金耐蝕性的鈷基無鉻化 學(xué)轉(zhuǎn)化處理方法。本發(fā)明首先對(duì)鋁合金分別進(jìn)行除油、浸蝕、活化的預(yù)處理，然后采用鈷鹽 化學(xué)轉(zhuǎn)化溶液對(duì)其進(jìn)行化學(xué)處理。本方法具有成本低，無污染；膜層結(jié)構(gòu)致密，耐腐蝕性強(qiáng) 等特點(diǎn)。
[0006] 中國(guó)專利CN201010139798.X，公開了一種冰箱、冰柜蒸發(fā)器用鋁管無鉻鈍化方法 及其鈍化液。其鈍化液由I乙烯基三（β -甲氧基乙氧基）硅烷和II十二烷基磷酸酯鈍化 齊IJ、苯駢三氮唑或硅酸鈉助劑、以及乙醇加水的溶劑組成，鈍化后鋁管耐腐蝕性能提高，藥 劑和鈍化過程安全環(huán)保，成本低廉、速度快。
[0007] 上述這些專利雖然都能使鋁型材表面達(dá)到與鉻化同樣的防腐蝕效果，對(duì)環(huán)境無污 染、成本較低等特點(diǎn)，但是這些方法都需要對(duì)鋁型材進(jìn)行液體浸潤(rùn)預(yù)處理，不能簡(jiǎn)化省掉鈍 化膜的前處理工藝。
[0008] 解決鉻離子污染的另外一種思路是對(duì)鋁型材表面涂裝的粉末涂料進(jìn)行功能改性， 從而取代鋁型材鉻化前處理工藝。
[0009] 中國(guó)專利CN201310363517. 2,公開了一種能取代鋁合金鉻化處理的粉末涂料及其 制備方法。本粉末涂料在常規(guī)配方的基礎(chǔ)上添加了表面活性劑，磷酸鹽或硝酸鹽，以達(dá)到取 代鉻化處理的目的。但是由于涂料配方中磷酸鹽或硝酸鹽的加入，會(huì)嚴(yán)重影響涂膜的表面 外觀，很難制備高光性流平好的粉末涂料，因此本專利存在一定的局限性。
[0010] 中國(guó)專利CN200510089870. 1，公開了一種無需鉻化磷化靜電噴涂納米粉末涂料及 制備方法。本專利是在樹脂顆粒中添加無機(jī)納米粒子，進(jìn)行熔煉、擠出、制片、破碎。然后將 其按一般涂料配方制備粉末涂料。中國(guó)專利CN03138136. 7,公開了一種利用納米材料對(duì)傳 統(tǒng)的粉末涂料產(chǎn)品進(jìn)行改性處理的方法。該方法是將納米Ti02和Si02粉體材料預(yù)混合在 粉末涂料原材料中，然后將其熔融擠出、壓片制粉得到改性粉末涂料產(chǎn)品。
[0011] 上述兩個(gè)專利都充分利用了納米材料的表面效應(yīng)，小尺寸效應(yīng)，宏觀量子隧道效 應(yīng)和介電限域效應(yīng)等特殊性能對(duì)粉末涂料進(jìn)行改性，而提高或增加粉末涂料的新功能。
[0012] 以上專利存在兩個(gè)技術(shù)問題，一是納米粒子在粉末涂料中的分散不充分性問題。 由于其采用了簡(jiǎn)單的熔融擠出的方法進(jìn)行納米粒子的分散，導(dǎo)致大部分已經(jīng)團(tuán)聚或者預(yù)團(tuán) 聚的納米顆粒不能充分的分散在粉末涂料，不但失去了作為納米材料所應(yīng)有的效果，反而 影響了粉末涂料表面效果和使用性能，特別是針對(duì)平面高光產(chǎn)品，很難達(dá)到很好的流平；二 是添加納米材料后粉末涂料出現(xiàn)的涂膜耐沖擊性變差、涂膜表面效果差，影響了改性粉末 涂料的實(shí)際使用效果和批次的穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的是提供一種取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料，該粉末涂 料通過納米材料改性聚酯樹脂，不僅保持粉末涂料良好的流平性、提升了粉末涂料固化后 表面涂層的綜合性能，而且解決鉻離子重金屬的環(huán)境污染問題，降低了成本。
[0014] 本發(fā)明所述的取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料，包括聚酯樹脂、固化 齊?、流平劑、安息香、脫氣劑、蠟粉、填料、顏料、丙烯酸彈性體，其特點(diǎn)是在聚酯樹脂中添加 納米材料進(jìn)行改性，所述納米材料為納米氧化鋁、納米氧化鋯、納米氧化鋅和納米氧化硅的 組合。
[0015] 其中：
[0016] 所述納米材料粒徑在10-100nm之間，納米材料用量占粉末涂料總質(zhì)量的 0· 3-4%。
[0017] 所述納米氧化鋁、納米氧化鋯、納米氧化鋅和納米氧化硅的質(zhì)量比為 2_6:2_6:1:1〇
[0018] 所述聚酯樹脂為耐候型飽和端羧基聚酯樹脂。
[0019] 所述固化劑為羥烷基酰胺或者異氰尿酸三縮水甘油酯。
[0020] 所述改性是先將納米材料分散于130-160°C熔融的聚酯樹脂中，然后再經(jīng)攪拌分 散機(jī)在1400-2200轉(zhuǎn)/分鐘下分散20-40分鐘，最后再將熔融聚酯冷卻、壓片、破碎。
[0021] 所述粉末涂料優(yōu)選由以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制成：
[0022] 改性聚酯樹脂 56-70 固化劑 4.2-4 9 流平劑 0.9-1.3 安息香 0.2-0.4 脫氣劑 0.3-0.4 蠟粉 0,1-0.2 填料 1-15 顏料 21 2*5 丙烯酸彈性體 0.6-1.2。
[0023] 所述粉末涂料的制備方法，包括以下步驟：
[0024] (1)先將納米材料分散于130-160°C熔融的聚酯樹脂中，然后再經(jīng)攪拌分散機(jī)在 1400-2200轉(zhuǎn)/分鐘下分散20-40分鐘，最后再將熔融聚酯冷卻、壓片、破碎得到改性聚酯樹 脂；
[0025] (2)再將改性聚酯樹脂、固化齊?、流平劑、安息香、脫氣齊?、蠟粉、填料、顏料、丙烯酸 彈性體混合，經(jīng)熔煉擠出、冷卻壓片、粉碎、篩分制得。
[0026] 本發(fā)明提供了一種取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料及其制備方法。本 粉末涂料使用先進(jìn)合理的納米材料分散工藝，通過分散均勻的多種復(fù)配的納米材料和添加 改善此粉末涂料性能的丙烯酸彈性體，使用耐候性能良好的聚酯樹脂及固化劑、顏填料，制 備得到可以取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料。本粉末涂料除能夠完全取代鋁型 材鈍化處理工藝，還賦予涂層本身更加優(yōu)異的理化性能，并保持粉末涂料良好的流平性，提 高粉末涂料的實(shí)際使用性能，因此不但能夠解決鉻離子等重金屬的環(huán)境污染問題，節(jié)省工 藝和減低成本，而且提升了其固化后表面涂層的綜合性能，對(duì)鋁型材的表面粉末涂裝具有 非常重要的意義。
[0027] 本發(fā)明的技術(shù)方案由如下三個(gè)重要的部分組成：
[0028] 1、納米材料的分散工藝
[0029] 本發(fā)明所采用的納米材料分散工藝為將一定粒徑范圍的特定復(fù)配比例的納米材 料分散于130_160°C熔融的純聚酯樹脂中，然后經(jīng)高速攪拌分散機(jī)在1400-2200轉(zhuǎn)/分鐘工 作參數(shù)下高速分散20-40分鐘，使得納米材料在熔融聚酯中得到充分分散，將此改性的熔 融聚酯冷卻、壓片、破碎得納米材料改性聚酯樹脂母粒。
[0030] 2、復(fù)配納米材料和涂膜性能改善助劑的選擇
[0031] 本發(fā)明所采用的納米材料為納米氧化鋁、納米氧化鋯、納米氧化鋅和納米氧化硅 復(fù)配材料。在制備改性取代鋁型材鉻化處理工藝粉末涂料時(shí)，根據(jù)對(duì)涂膜性能的不同要求， 將調(diào)整四種納米材料在復(fù)配材料中的比例。
[0032] 本發(fā)明所采用的丙烯酸彈性體是根據(jù)粉末涂料中復(fù)配納米材料的種類和用量調(diào) 整其添加比例的，其能夠增加粉末涂層的柔韌性和粉末涂層與基材之間的附著力。
[0033] 3、取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料的制備
[0034] 本發(fā)明的取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料的配方設(shè)計(jì)為納米材料改 性聚酯樹脂母粒、固化劑、顏填料和涂膜性能改善助劑組成。其中各組分的比例按照對(duì)涂膜 性能的不同要求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。根據(jù)此配方設(shè)計(jì)配制粉末涂料原料，經(jīng)過粉末涂料制備 設(shè)備的混合、熔煉擠出、冷卻壓片、粉碎、篩分得改性取代鋁型材鉻化處理工藝粉末涂料。
[0035] 本發(fā)明的原理如下：
[0036] 1、納米材料分散原理
[0037] 納米材料由于粒徑小、比表面積大，容易產(chǎn)生預(yù)團(tuán)聚，如果在納米材料使用中未能 對(duì)其充分的分散，預(yù)團(tuán)聚的納米材料會(huì)失去其作為納米材料所應(yīng)有的作用和使用效果。本 發(fā)明中采用粘度較低的熔融樹脂對(duì)納米材料進(jìn)行分散，并且經(jīng)過高速攪拌分散機(jī)的剪切力 作用，可以將納米材料更均勻的分散包覆于樹脂中，從而制備得到納米材料改性聚酯樹脂 母粒。
[0038] 2、復(fù)配納米材料在粉末涂料中的作用機(jī)理
[0039] 納米材料的尺度在1?100nm之間，其加入的改性納米相具有表面效應(yīng)，小尺寸效 應(yīng)，宏觀量子隧道效應(yīng)，介電限域效應(yīng)，使涂料性能得到顯著提高或增加了新功能。納米材 料分布在聚合物涂膜中，由于納米粒子對(duì)聚合物樹脂的比表面大，結(jié)合力強(qiáng)，特別是較大的 長(zhǎng)徑比，對(duì)涂層起到增強(qiáng)、增韌作用，可顯著提高涂層的物理機(jī)械性能，納米涂層可與涂層 表面產(chǎn)生強(qiáng)大而持久的界面作用力，提高粘結(jié)強(qiáng)度。無機(jī)納米粒子的填充，使得這種穿插 的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)入了高分子聚合物的缺陷內(nèi)，有效阻礙了氧氣向基體的擴(kuò)散，使基體的應(yīng)力 集中發(fā)生了改變，使基體樹脂裂紋擴(kuò)展受阻和鈍化，最終抑制裂縫，不至于發(fā)展為破壞性裂 縫，并且隨著納米粒子粒徑的減小，粒子的比表面積增大，填料與基體接觸面積增大，材料 受沖擊時(shí)產(chǎn)生更多的微裂紋，吸收更多沖擊能。除此之外涂料受到紫外線的照射后涂膜基 體中高分子鏈容易產(chǎn)生斷裂、粉化等現(xiàn)象。納米等具有優(yōu)良的抗老化性能，可以明顯地提高 涂料的耐老化性能。納米材料粒徑減小，比表面能大，鍵態(tài)嚴(yán)重失配，出現(xiàn)許多活性中心從 而引起納米粒子化學(xué)性質(zhì)變化的機(jī)理，其耐磨性和致密性均有很大提高，且抗剝離性能沒 有下降。
[0040] 另外，由于氧化鋯、氧化鋅、氧化硅和氧化鋁除了都具有納米材料本身的特性外， 還具有自身的一些特點(diǎn)。納米氧化鋯分散性好，具有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性和較高的強(qiáng)度和 韌性；納米氧化鋅具有紫外光遮蔽作用和抗菌作用，并且是比較好的化學(xué)催化劑，能促進(jìn)粉 末涂料固化反應(yīng)速度；納米二氧化硅、納米氧化鋁可以作為粉末涂料及飽和樹脂的增稠劑 和觸變劑，提供防結(jié)塊、防流掛和消光性等作用。在改性取代鋁型材鉻化處理工藝粉末涂料 的配方設(shè)計(jì)中根據(jù)對(duì)涂膜性能的不同要求，調(diào)整四種納米材料在復(fù)配材料中的比例，從而 達(dá)到其他不同使用性能的粉末涂料。
[0041] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0042] 1、本發(fā)明的改性取代鋁型材鉻化處理工藝粉末涂料改進(jìn)了粉末涂料的防腐性能， 提高了涂膜的附著力，在鋁型材的表面處理工藝中省去鉻化鈍化工藝，既簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，又 避免金屬鉻對(duì)環(huán)境的污染。
[0043] 2、本發(fā)明中采用了先進(jìn)合理的納米材料分散工藝，使所使用的復(fù)配納米材料能充 分發(fā)揮其所應(yīng)有的作用和使用效果，不但達(dá)到了防腐效果，同時(shí)提高了粉末涂料的耐候性， 并使粉末涂料性能得到顯著提高和增加了新功能。
[0044] 3、本發(fā)明的粉末涂料具有較高的涂層硬度，其鉛筆硬度可以達(dá)到3H，并且涂層的 耐磨性和韌性較好。
[0045] 4、本發(fā)明的粉末涂料具有屏蔽紫外線、抗老化的功能，大大提高了其耐候性能。
[0046] 5、本發(fā)明的粉末涂料靜電噴涂施工中帶電性較好，提高了粉末涂料的上粉率，節(jié) 約了成本，并提高了工作效率。
[0047] 6、本發(fā)明的粉末涂料具有抗菌和光催化自清潔的特殊功能，賦予了本粉末涂料更 多的功能性。

【具體實(shí)施方式】
[0048] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0049] 實(shí)施例1
[0050] 所述的取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料的制備工藝如下：
[0051] (1)納米材料改性聚酯樹脂制備，納米材料的平均粒徑為18nm :
[0052] 將納米氧化鋁、納米氧化鋯、納米氧化鋅、納米氧化硅按2:2:1:1的質(zhì)量比進(jìn)行復(fù) 配，將納米材料分散于140°C熔融的帝斯曼P5240型號(hào)的聚酯樹脂中，然后經(jīng)高速攪拌分散 機(jī)在1800轉(zhuǎn)/分鐘工作參數(shù)下高速分散30分鐘，將此改性的熔融聚酯冷卻、壓片、破碎得 納米材料改性聚酯樹脂。
[0053] (2)取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料配方和制備：
[0054] 本實(shí)施例中納米材料添加量占粉末涂料總質(zhì)量的2%，改性取代鋁型材鉻化處理 工藝耐候型粉末涂料配方如下：
[0055]

【權(quán)利要求】
1. 一種取代鋁型材鉻化處理工藝的耐候型粉末涂料，包括聚酯樹脂、固化劑、流平劑、 安息香、脫氣劑、蠟粉、填料、顏料、丙烯酸彈性體，其特征在于：在聚酯樹脂中添加納米材料 進(jìn)行改性，所述納米材料為納米氧化鋁、納米氧化鋯、納米氧化鋅和納米氧化硅的組合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于：納米材料粒徑在l〇-l〇〇nm之間，納 米材料用量占粉末涂料總質(zhì)量的〇. 3-4 %。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于：納米氧化錯(cuò)、納米氧化锫、納米氧化 鋅和納米氧化硅的質(zhì)量比為2-6:2-6:1:1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于：聚酯樹脂為耐候型飽和端羧基聚酯 樹脂。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于：固化劑為羥烷基酰胺或者異氰尿酸 三縮水甘油酯。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于：改性是先將納米材料分散于 130-160°C熔融的聚酯樹脂中，然后再經(jīng)攪拌分散機(jī)在1400-2200轉(zhuǎn)/分鐘下分散20-40分 鐘，最后再將溶融聚醋冷卻、壓片、破碎。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末涂料，其特征在于：由以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料制成： 改性聚酯樹脂 56-70 固化劑 4.2-4.9 流平劑 0.9-1,3 安息香 0.2-0.4 脫氣劑 0.3-0.4 蠟粉 0.1-0.2 填料 1-15 顏料 21-25 丙烯酸彈性體 0.6-1.2。
8. -種權(quán)利要求1-7任一所述的粉末涂料的制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1)先將納米材料分散于130-160°C熔融的聚酯樹脂中，然后再經(jīng)攪拌分散機(jī)在 1400-2200轉(zhuǎn)/分鐘下分散20-40分鐘，最后再將熔融聚酯冷卻、壓片、破碎得到改性聚酯樹 脂； ⑵再將改性聚酯樹脂、固化齊?、流平劑、安息香、脫氣齊?、蠟粉、填料、顏料、丙烯酸彈性 體混合，經(jīng)熔煉擠出、冷卻壓片、粉碎、篩分制得。
【文檔編號(hào)】C09D133/00GK104194583SQ201410428587
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】張劍, 肖建剛, 李國(guó)威 申請(qǐng)人:山東朗法博粉末涂裝科技有限公司