本發明屬于涂料制備
技術領域：
，尤其涉及一種高硬度粉末涂料組合物及其制備方法和用途。
背景技術：
：體育器材、戶外建筑幕墻，戶外場所護欄板等戶外物品的外觀件長期暴露于戶外環境中，容易受到外界的影響而造成刮擦，進而造成涂膜表面的擦傷，既影響外觀件的美觀，又容易造成涂層的破壞，進而對外觀件的使用性能造成影響。粉末涂料行業制備高硬度產品，尤其是能達到4h鉛筆硬度產品的方法一般為以下3種情況：1、聚氨酯體系使用聚氨酯，這種體系交聯密度極高，很容易做到4h的鉛筆硬度，但是該方法存在成本高的缺點，聚氨酯產品的成本一般為普通聚酯樹脂體系的3～4倍左右；并且由于該體系過高的交聯密度，導致該涂層的柔韌性較差，一般只能達到3～4mm的彎曲性能；再者，由于聚氨酯體系與聚酯體系或聚酯-環氧體系的相容性不好，導致聚氨酯體系在生產和施工現場的使用都比較麻煩。2、丙烯酸體系丙烯酸體系在涂層硬度方面與聚氨酯體系相當，但是價格更要高于聚氨酯體系，是目前粉末涂料中價格最為昂貴的體系，并且該產品對其它體系的產品污染性極強，需要單獨的生產車間和噴涂車間的生產和使用。所以這種體系一般只在汽車產品用使用，其它行業極少有應用案例。3、普通聚酯體系這種體系是目前最為受推崇的，價格便宜，并且也是粉末行業最為常用的體系。但是由于聚酯體系交聯密度低，目前市場上并沒有能完全媲美聚氨酯或丙烯酸體系的產品，即便有生產商承諾產品可以達到4h，但這種指標一般都是以涂層是否被劃破來評價，而不是涂層是否被劃傷。不能達到涂層劃傷級別來評價的原因是由于樹脂體系在固化過程中向涂層表面遷移，導致涂層最表面的增硬填料比理論上要少些，而目前這類體系完全靠增加填料來增強硬度，所以涂層表面的硬度都無法與丙烯酸體系或聚氨酯體系相媲美。有鑒于此，有必要提供一種高硬度的粉末涂料，以解決現有技術的不足。技術實現要素：為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種高硬度粉末涂料組合物。本發明的另一個目的是提供一種所述高硬度粉末涂料組合物的制備方法。本發明的又一個目的是提供一種使用所述高硬度粉末涂料組合物的用途。為達到上述目的，本發明采用的技術方案以下：本發明的一個方面提供了一種高硬度粉末涂料組合物，其包括按重量份數計的以下組分：其中，所述高官能團環氧樹脂的官能度不小于15。優選地，所述聚酯樹脂的酸值為40～45mgkoh/g。優選地，所述聚酯樹脂的玻璃化溫度為60～70℃。優選地，所述填料選自二氧化硅、氧化鋁、石英粉、明耐粉中的至少一種。更優選地，所述填料為二氧化硅和氧化鋁的混合物。優選地，所述異氰脲酸三縮水甘油酯固化劑的環氧當量為100～110g/mol。優選地，所述高官能團環氧樹脂的環氧當量為140～165g/mol，玻璃化溫度為200～205℃。優選地，所述異氰酸酯二聚體的異氰酸根含量為14.7～15.7重量份。優選地，所述聚四氟乙烯蠟的純度不低于99重量份。優選地，所述助劑包括按重量份數計的以下組分：流平劑0.8～1.2份；光亮劑0.5～1.0份；安息香0.2～0.4份。優選地，所述顏料為鈦白粉和炭黑中的一種或兩種。本發明通過以上的配方設計，可以使涂層鉛筆硬度達到4h不被劃傷的級別。相對于聚氨酯體系和丙烯酸體系，由于整個聚酯樹脂體系交聯密度沒有那么高，所以耐彎曲性能明顯要好，且與一般產品相容性好，不用使用特殊的生產和涂裝環境；并且該產品與普通聚酯樹脂體系價格相當，遠遠低于聚氨酯和丙烯酸體系的價格。本發明中的聚酯體系之所以硬度能達到4h涂層不被劃傷，與丙烯酸體系和聚氨酯體系硬度相媲美，主要在于以下三方面原因：其一，較高的交聯密度：為保證較高交聯密度，本發明設計了以下方案：1、使用高酸值的聚酯樹脂：這類聚酯樹脂的酸值為40～45mgkoh/g，與異氰脲酸三縮水甘油酯固化劑的比例為92:8(聚酯樹脂的酸值以45mgkoh/g計，則羧基當量為1246，異氰脲酸三縮水甘油酯固化劑環氧當量為108，聚酯樹脂用量/異氰脲酸三縮水甘油酯用量＝羧基當量/環氧當量＝1246/108＝92/8。)，可保證了其交聯密度比目前常規使用的交聯密度要高。不同于酸值為32～38mgkoh/g聚酯或酸值為28～32mgkoh/g的聚酯，這類聚酯與異氰脲酸三縮水甘油酯固化劑的比例分別為93:7或94:6。為了進一步提高涂層的交聯密度，本行業人員也可使用酸值為48～53mgkoh/g的聚酯體系，在此不贅述。2、加入不低于15官能度的高官能團環氧樹脂，這個也非常關鍵，如此高官能度的環氧樹脂，與部分聚酯樹脂的羧基進行反應，補充并強化聚酯與tgic的交聯密度，含量盡量控制在2.0重量份以內，太多的話會影響耐候性能。3、加入異氰酸脂二聚體也是必要的，這種原料不影響體系的耐候性能，并且與聚酯體系或tgic中多余的羥基反應，進一步加強體系的交聯密度。其二，使用增硬填料：增硬填料一般選用二氧化硅/氧化鋁的混合物，這類填料的莫氏硬度為5.0-6.0，一般5.5左右，這個效果最好。如果沒有二氧化硅/氧化鋁的混合物，也可選用二氧化硅或石英粉或明耐粉，但這三種沒有二氧化硅/氧化鋁的混合物效果更好。其三，加入聚四氟乙烯蠟：聚四氟乙烯蠟既有較高的硬度，又有很好的爽滑性，加入后對涂層增硬效果和耐摩擦效果極有幫助。本發明的另一個方面提供了一種高硬度粉末涂料組合物的制備方法，包括以下步驟：將聚酯樹脂、異氰脲酸三縮水甘油酯固化劑、高官能團環氧樹脂、異氰酸脂二聚體、聚四氟乙烯蠟、助劑、顏料和填料混合均勻，依次進行熔融擠出、壓片、冷卻、粗破碎、磨細粉碎和篩分后，得到所述高硬度粉末涂料。所述熔融擠出的溫度為95～105℃。所述高硬度粉末涂料的粒徑為30～45℃。本發明的再一個方面提供了一種高硬度粉末涂料組合物形成固化清漆涂層的方法，包括以下步驟：將外觀件進行表面處理后，噴涂所述高硬度粉末涂料組合物，在180～210℃下進行烘烤，然后冷卻，獲得涂層。由于采用上述技術方案，本發明具有以下優點和有益效果：1.本發明所述的高硬度粉末涂料，組合物配方與普通常規體系相比，只是樹脂酸值更高，并沒有從大的種類上做調整，引入的高管能團環氧樹脂和異氰酸酯二聚體，不會對常規粉末產生不良影響；所以配方管理簡單；2.本發明所述的高硬度粉末涂料，由于配方與常規粉末相近，故在生產過程中不用做調整，并且本方明的粉末涂料與普通常規粉末的相容性也好，不會對常規粉末造成污染，無須單獨生產車間；而聚氨酯或丙烯酸樹脂體系，尤其是丙烯酸體系，由于污染常規粉末體系，需要單獨的生產車間來生產；3.本發明所述的高硬度粉末涂料，具有很好的耐刮擦效果，避免了因涂層受外力刮擦而導致涂層的性能不良問題的發生；4.本發明所述的高硬度粉末涂料，并且與聚氨酯或丙烯酸體系相比，其沖擊性能具有明顯優勢，可以達到50kg·cm的沖擊強度；而聚氨酯或丙烯酸體系一般30kg·cm時就會有嚴重的開裂；5.本發明所述的高硬度粉末涂料，并且與聚氨酯或丙烯酸體系相比，其彎曲性能具有明顯優勢，可以達到2mm彎曲基本無裂紋；而聚氨酯或丙烯酸體系一般2mm時就會有嚴重的開裂；6.本發明所述的高硬度粉末涂料，可在現有戶外粉末產品噴涂工藝基礎上進行，不改變現有噴涂工藝；而聚氨酯或丙烯酸體系在應用時，由于體系的特殊性，非常容易污染普通常規粉末，需要使用單獨的噴房。具體實施方式：下面通過實施例對本發明進行具體的描述，有必要在此指出的是本實施例只用于對本發明的進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述本發明的內容對本發明作出一些非本質的改性和調整。原材料信息：下面列出了本發明實施例中所使用原材料的相關信息。為了方便描述，實施例中使用了原材料的商品名稱或它們對應的名稱縮寫。樹脂或聚合物的分子量通過凝膠滲透色譜測量獲得。(i)本發明實施例中的聚酯樹脂為廣州擎天材料科技有限公司的nh3295，廣東銀洋樹脂有限公司的ye8700，煙臺楓林新材料有限公司的fl2016；(ii)本發明實施例中的異氰脲酸三縮水甘油酯固化劑為黃山市華惠精細化工有限公司tgic，本專業人員也可選擇其他廠家tgic；(iii)本發明實施例中的環氧樹脂為雙鍵化工4315ce；(iv)本發明實施例中的異氰酸脂二聚體為贏創德固賽(evonikdegussa)的異氰酸酯二聚體b1530(粉末)；(v)本發明實施例中的聚四氟乙烯蠟為美國三葉公司的sst-3d，或南京天詩新材料科技有限公司的ptfe0101；(vi)本發明實施例中的流平劑為寧波南海化學有限公司的glp588，本行業人員可以選擇其他廠家和型號；光亮劑為寧波南海化學有限公司的701，本行業人員可以選擇其他廠家和型號；安息香系統命名為2-羥基-1,2-二苯基乙酮，為寧波南海化學有限公司，本行業人員可以選擇其他廠家和型號；干燥劑為贏創德固賽(evonikdegussa)的氧化鋁c(aerosilaluc),本行業人員可以選擇其他廠家和型號；顏料為鈦白粉或炭黑中的至少一種，鈦白粉和炭黑或其它色料，行業內人員可以根據需要進行選擇；(vii)本發明實施例中的填料為重慶市錦藝硅材料開發有限公司的cp30，該原料為二氧化硅和氧化鋁的復合物。實施例1本實施例提供的一種高硬度粉末涂料，包括以下重量份的組分：首先，按照所述高硬度粉末涂料組分的配方組成精確的稱量原材料，在預混罐里經過高速旋轉混合均勻(預混時間5～10分鐘)，然后把混合均勻的生料勻速放入雙螺桿擠出機，在95～105℃條件下熔融擠出，經過冷卻輥后壓成料片，料片在自然溫度下冷卻后，使用粉碎機對料片進行粗破碎，得到的物料冷卻后使用粉碎機進行磨細粉碎，使用180目篩網進行篩分，180目篩網過篩的篩分自然冷卻，最后得到粒徑均勻的所述高硬度粉末涂料。將底材進行除油(或進行其他前處理如硅烷處理)，在無塵室進行噴涂，之后進入烘道進行烘烤，烘烤的溫度為180～210℃，時間為10～20分鐘(min)；待涂層充分固化后自然冷卻。對涂層進行硬度測試，最高可以達到鉛筆硬度4h(按gb/t63792006)，說明該涂層硬度性能優異。實施例2本實施例提供的一種高硬度粉末涂料，包括以下重量份的組分：首先，按照所述高硬度粉末涂料組分的配方組成精確的稱量原材料，在預混罐里經過高速旋轉混合均勻(預混時間5-10分鐘)，然后把混合均勻的生料勻速放入雙螺桿擠出機，在95-105℃條件下熔融擠出，經過冷卻輥后壓成料片，料片在自然溫度下冷卻后，使用粉碎機對料片進行粗破碎，得到的物料冷卻后使用粉碎機進行磨細粉碎，使用180目篩網進行篩分，180目篩網過篩的篩分自然冷卻，最后得到粒徑均勻的所述高硬度粉末涂料。將鋁單板進行除油(或進行其他前處理如硅烷處理)，在無塵室進行噴涂，之后進入烘道進行烘烤，烘烤的溫度為1980-210℃，時間為10～20min；待涂層充分固化后自然冷卻。對涂層進行硬度測試，最高可以達到鉛筆硬度4h(按gb/t63792006)，說明該涂層硬度性能優異。實施例3本實施例提供的一種高硬度粉末涂料，包括以下重量份的組分：首先，按照所述高硬度粉末涂料組分的配方組成精確的稱量原材料，在預混罐里經過高速旋轉混合均勻(預混時間5-10分鐘)，然后把混合均勻的生料勻速放入雙螺桿擠出機，在95-105℃條件下熔融擠出，經過冷卻輥后壓成料片，料片在自然溫度下冷卻后，使用粉碎機對料片進行粗破碎，得到的物料冷卻后使用粉碎機進行磨細粉碎，使用180目篩網進行篩分，180目篩網過篩的篩分自然冷卻，最后得到粒徑均勻的所述高硬度粉末涂料。將底材進行除油(或進行其他前處理如硅烷處理)，在無塵室進行噴涂，之后進入烘道進行烘烤，烘烤的溫度為180-210℃，時間為10～20min；待涂層充分固化后自然冷卻。對涂層進行硬度測試，最高可以達到鉛筆硬度4h(按gb/t63792006)，說明該涂層硬度性能優異。實施例4本實施例提供的一種高硬度粉末涂料，包括以下重量份的組分：首先，按照所述高硬度粉末涂料組分的配方組成精確的稱量原材料，在預混罐里經過高速旋轉混合均勻(預混時間5-10分鐘)，然后把混合均勻的生料勻速放入雙螺桿擠出機，在95-105℃條件下熔融擠出，經過冷卻輥后壓成料片，料片在自然溫度下冷卻后，使用粉碎機對料片進行粗破碎，得到的物料冷卻后使用粉碎機進行磨細粉碎，使用180目篩網進行篩分，180目篩網過篩的篩分自然冷卻，最后得到粒徑均勻的所述高硬度粉末涂料。將底材進行除油(或進行其他前處理如硅烷處理)，在無塵室進行噴涂，之后進入烘道進行烘烤，烘烤的溫度為180-210℃，時間為10～20min；待涂層充分固化后自然冷卻。對涂層進行硬度測試，最高可以達到鉛筆硬度4h(按gb/t63792006)，說明該涂層硬度性能優異。實施例5本實施例提供的一種高硬度粉末涂料，包括以下重量份的組分：首先，按照所述高硬度粉末涂料組分的配方組成精確的稱量原材料，在預混罐里經過高速旋轉混合均勻(預混時間5-10分鐘)，然后把混合均勻的生料勻速放入雙螺桿擠出機，在95-105℃條件下熔融擠出，經過冷卻輥后壓成料片，料片在自然溫度下冷卻后，使用粉碎機對料片進行粗破碎，得到的物料冷卻后使用粉碎機進行磨細粉碎，使用180目篩網進行篩分，180目篩網過篩的篩分自然冷卻，最后得到粒徑均勻的所述高硬度粉末涂料。將底材進行除油(或進行其他前處理如硅烷處理)，在無塵室進行噴涂，之后進入烘道進行烘烤，烘烤的溫度為180-210℃，時間為10～20min；待涂層充分固化后自然冷卻。對涂層進行硬度測試，最高可以達到鉛筆硬度4h(按gb/t63792006)，說明該涂層硬度性能優異。實施例6本實施例提供的一種高硬度粉末涂料，包括以下重量份的組分：首先，按照所述高硬度粉末涂料組分的配方組成精確的稱量原材料，在預混罐里經過高速旋轉混合均勻(預混時間5-10分鐘)，然后把混合均勻的生料勻速放入雙螺桿擠出機，在95-105℃條件下熔融擠出，經過冷卻輥后壓成料片，料片在自然溫度下冷卻后，使用粉碎機對料片進行粗破碎，得到的物料冷卻后使用粉碎機進行磨細粉碎，使用180目篩網進行篩分，180目篩網過篩的篩分自然冷卻，最后得到粒徑均勻的所述高硬度粉末涂料。將底材進行除油(或進行其他前處理如硅烷處理)，在無塵室進行噴涂，之后進入烘道進行烘烤，烘烤的溫度為180-210℃，時間為10～20min；待涂層充分固化后自然冷卻。對涂層進行硬度測試，最高可以達到鉛筆硬度4h(按gb/t63792006)，說明該涂層硬度性能優異。實施例7本實施例提供的一種高硬度粉末涂料，包括以下重量份的組分：首先，按照所述高硬度粉末涂料組分的配方組成精確的稱量原材料，在預混罐里經過高速旋轉混合均勻(預混時間5-10分鐘)，然后把混合均勻的生料勻速放入雙螺桿擠出機，在95-105℃條件下熔融擠出，經過冷卻輥后壓成料片，料片在自然溫度下冷卻后，使用粉碎機對料片進行粗破碎，得到的物料冷卻后使用粉碎機進行磨細粉碎，使用180目篩網進行篩分，180目篩網過篩的篩分自然冷卻，最后得到粒徑均勻的所述高硬度粉末涂料。將底材進行除油(或進行其他前處理如硅烷處理)，在無塵室進行噴涂，之后進入烘道進行烘烤，烘烤的溫度為180-210℃，時間為10～20min；待涂層充分固化后自然冷卻。對涂層進行硬度測試，最高可以達到鉛筆硬度4h(按gb/t63792006)，說明該涂層硬度性能優異。實施例8本實施例提供的一種高硬度粉末涂料，包括以下重量份的組分：首先，按照所述高硬度粉末涂料組分的配方組成精確的稱量原材料，在預混罐里經過高速旋轉混合均勻(預混時間5-10分鐘)，然后把混合均勻的生料勻速放入雙螺桿擠出機，在95-105℃條件下熔融擠出，經過冷卻輥后壓成料片，料片在自然溫度下冷卻后，使用粉碎機對料片進行粗破碎，得到的物料冷卻后使用粉碎機進行磨細粉碎，使用180目篩網進行篩分，180目篩網過篩的篩分自然冷卻，最后得到粒徑均勻的所述高硬度粉末涂料。將底材進行除油(或進行其他前處理如硅烷處理)，在無塵室進行噴涂，之后進入烘道進行烘烤，烘烤的溫度為180-210℃，時間為10～20min；待涂層充分固化后自然冷卻。對涂層進行硬度測試，最高可以達到鉛筆硬度4h(按gb/t63792006)，說明該涂層硬度性能優異。以上所有實施例中，涂層所能達到的指標如下表所示：備注：耐磨性能測試條件為，耐磨儀負重：500g/wheel對比例1一種粉末涂料，包括以下重量份的組分：本對比例1使用了93：7的聚酯，沒有使用固化比例高的92:8的聚酯樹脂，沒有使用高官能團的環氧樹脂和異氰酸酯二聚體，也沒有加入聚四氟乙烯蠟，只加入了增硬填料，結果是涂層不能達到4h鉛筆硬度，耐磨性能也較差。本對比例1的粉末涂料性能測試結果如下：對比例2一種粉末涂料，包括以下重量份的組分：本對比例2使用了94：6的聚酯，沒有使用固化比例高的聚酯樹脂，沒有使用高官能團的環氧樹脂和異氰酸酯二聚體，只加入了增硬填料和聚四氟乙烯蠟，涂層最表面只能達到2h，不能達到4h鉛筆硬度，耐磨性能也不理想。本對比例2的粉末涂料性能測試結果如下：對比例3一種粉末涂料，包括以下重量份的組分：組分具體型號重量份聚氨酯樹脂uralacp158024.5聚酯樹脂reafree170915異氰酸脂二聚體b153029.5助劑588+701+安息香2.3炭黑/鈦白及其它色料hb21855.5硫酸鋇填料w4433.2本對比例3使用了高交聯密度的聚氨酯樹脂體系，但是該配方價格比本發明專利所使用配方高了一倍以上，并且由于該配方體系的交聯密度過高，導致該體系的沖擊性能和彎曲性能收到很大的影響。本對比例3的粉末涂料性能測試結果如下：本發明所述的高硬度粉末涂料與普通常規粉末的相容性也好，不會對常規粉末造成污染，無須單獨生產車間；同時具有很好的耐刮擦效果，避免了因涂層受外力刮擦而導致涂層的性能不良問題的發生。本發明所述的高硬度粉末涂料與聚氨酯或丙烯酸體系相比，其沖擊性能具有明顯優勢，可以達到50kg·cm的沖擊強度；且其彎曲性能具有明顯優勢，可以達到2mm彎曲基本無裂紋；本發明所述的高硬度粉末涂料，可在現有戶外粉末產品噴涂工藝基礎上進行，不改變現有噴涂工藝。顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，本發明所例舉的實施例無法對所有的實施方式予以窮盡，凡是屬于本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。在本發明中提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同一篇文獻被單獨引用為參考那樣。當前第1頁12