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聚酯-异氰酸酯低温固化粉末涂料

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聚酯-异氰酸酯低温固化粉末涂料


聚酯-异氰酸酯粉末涂料体系,俗称聚氨酯(Polyurethane)粉末涂料。聚氨酯粉末涂料具有优异的耐候性、流平性、高柔性、耐化学腐蚀性和综合性能的涂层质量。聚氨酯粉末涂料的固化行为主要是通过含有-OH官能团的聚酯与一种异氰酸酯交联剂之间的反应而进行的。由于异氰酸酯基团反应活性高,因此需要使用封闭型异氰酸酯交联剂以阻止-NCO基团与聚酯中的-OH基团过早地发生反应。对于聚氨酯粉末涂料而言,从技术水平考虑存在两种不同的阻断机理。在外部封闭型异氰酸酯交联剂存在的条件下,诸如ε-己内酰胺之类的阻滞剂可以在高于170℃的温度下释放。一方面,这种自由型阻滞剂提高了涂料的流动特性,但是该阻滞剂的主要缺点在于它会在整个固化过程中进行释放,有机挥发物的产生。相比之下,内部封闭型脲二酮交联剂是可以达到完全零释放的。而且脲二酮环在高的固化温度(>190℃)下所具有的初始缺点可以通过使用各种不同的可以使固化温度降低至130℃的催化剂而得到消除。

针对外封闭官基团,内封闭或自封闭从异氰酸酯二聚物中产生(见图1),具有环境友好性。由于聚酯-异氰酸酯体系的低温固化温度主要取决于异氰酸基础的解封,使用自封闭的异氰酸酯二聚体固化羟基聚酯可以略微降低固化温度,这是因为聚脲二酮的解封闭温度受封闭剂开环动力学的限制,最低固化温度为140℃左右。结果是缩二脲(uretdione,1,3- diazetidin-2,4-dione)结构在无催化剂存在下,完全热逆转交联(图6)需要至少180℃~220℃的温度。若在此体系中使用新的催化剂体系,很大程度地加快了二氮丁酮的反应速度。例如N,N,N’-三胺能降低固化温度至150℃,不幸的是导致粉末涂料泛黄,也使它们不具有吸引力。

图1脲二酮(异氰酸酯二聚物)

图2交联反应

一、胺类催化剂

粉末涂料技术应用常见的一种局限就是应用于热敏材质,特别是耐候持久性产品体系。对于非封闭的聚氨酯体系使用外加的稳定性催化剂,四乙烯羧酸铵催化剂(VESTAGON®EP-RC8020)诱导二氮丁酮(uretdione)环的分解,例如VESTAGON®EP-BF9030比在单纯温度170~180℃(时间/温度)更低的温度(120~150℃)开环。与传统的锡催化剂相比,四烷基羧酸铵能够更好地催化二聚物结构的开环反应,使得此类聚氨酯在120-130°C/30分钟内固化变为可能。这一性能为粉末涂料带来了一些全新的应用领域,如硬木、MDF、电子产品、重金属配件以及一些热塑性材料。然而在粉末涂料中,此种催化剂

仅在没有任何羧基(—COOH)存在的情况下在120~150℃时才会发生。羟基聚酯常用来做聚氨酯粉末涂料,其含有少量羧基官能团,它们能降低初始反应度,提升存储的稳定性。为获得高反应活性,这些羧基官能团必须从反应混合物中去除掉。所谓的“酸清除剂”,比如,TGIC固化剂或者其同系化合物,就是用于这一目的。

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